Technologie PCB - Effet des Vias PCB sur la transmission du signal

Le trou traversant est l'un des composants importants d'une carte PCB multicouche et le coût de forage représente généralement 30 à 40% du coût de fabrication de la carte PCB. En termes simples, chaque trou sur le PCB peut être appelé via.

Effet des Vias PCB sur la transmission du signal

Les trous traversants (via) sont une partie importante des circuits imprimés multicouches et les coûts de forage représentent généralement 30 à 40% du coût de fabrication des cartes PCB. En termes simples, chaque trou sur le PCB peut être appelé via. En termes de fonctionnalité, les trous peuvent être divisés en deux catégories: une pour les connexions électriques entre les couches. L'autre est pour la fixation ou le positionnement de l'appareil. D'un point de vue technologique, ces trous traversants sont généralement classés en trois catégories, à savoir les trous borgnes, les trous enterrés et les trous traversants. Les trous borgnes sont situés sur les faces supérieure et inférieure de la carte Printed et ont une certaine profondeur pour connecter le circuit de surface au circuit interne sous - jacent. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores). Les trous enterrés sont des trous de connexion de la couche interne de la carte de circuit imprimé qui ne s'étendent pas à la surface de la carte de circuit imprimé. Ces deux types de trous sont situés dans la couche interne de la carte, ce qui se fait par un procédé de moulage de Vias avant laminage, et plusieurs couches internes peuvent se chevaucher lors de la formation des vias.

Le troisième type, appelé via, traverse toute la carte et peut être utilisé pour les interconnexions internes ou comme trou de montage et de positionnement des composants. Parce que le via est plus facile à mettre en œuvre et moins coûteux dans le processus, la plupart des cartes de circuit imprimé l'utilisent au lieu des deux autres via. Les Vias suivants doivent être considérés comme des Vias sans indication particulière.

Du point de vue de la conception, le trou traversant se compose principalement de deux parties, l'une étant un trou de forage au milieu et l'autre une zone de rembourrage autour du trou de forage. La taille de ces deux parties détermine la taille du via. De toute évidence, lors de la conception de circuits imprimés haute vitesse et haute densité, les concepteurs veulent toujours que les trous soient aussi petits que possible, un tel échantillon peut laisser plus d'espace pour le câblage, en outre, plus le trou est petit, plus sa propre capacité parasite est faible, plus il convient aux circuits haute vitesse. Mais la réduction de la taille des trous entraîne en même temps une augmentation des coûts, et la taille des trous ne peut pas non plus être réduite sans limite, elle est limitée par des techniques telles que le perçage (forage) et le placage (placage): plus le trou est petit, plus le temps de perçage est long et plus il est facile de le décentrer; Lorsque la profondeur du trou est supérieure à 6 fois le diamètre du trou, il n'est pas possible de garantir un cuivrage uniforme des parois du trou. Par exemple, si une carte PCB normale à 6 couches a une épaisseur (profondeur de via) de 50 mil, le fabricant de PCB peut fournir une ouverture de 8 Mil dans des conditions normales. Avec le développement de la technologie de perçage laser, la taille des trous de forage peut également être de plus en plus petite. Généralement, le diamètre des pores est inférieur ou égal à 6 mils, ce que nous appelons micropores. Les micropores sont fréquemment utilisés dans la conception HDI (High Density Interconnect structure). La technologie microporeuse permet aux trous d'être percés directement sur les Plots (via dans les Plots), ce qui améliore considérablement les performances du circuit et économise de l'espace de câblage.

Les Vias sur la ligne de transmission sont des points d'arrêt où l'impédance est discontinue, provoquant une réflexion du signal. Typiquement, l'impédance équivalente du via est inférieure d'environ 12% à celle de la ligne de transmission. Par example, lorsqu'une ligne de transmission de 50 ohms traverse un via, son impédance diminuera de 6 ohms (en particulier en ce qui concerne la taille du via et l'épaisseur de la plaque, et non la réduction). Cependant, la réflexion induite par la discontinuité de l'impédance à travers le trou est en fait très faible et son coefficient de réflexion n'est que de: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Les problèmes causés par les trous se concentrent davantage sur les effets des capacités et des inductances parasites.

Capacité parasite à travers les trous

Le via lui - même a une capacité parasite à la masse. Si le diamètre du trou isolé sur la couche de pose est D2, le diamètre du plot du trou traversant est D1, l'épaisseur de la carte PCB est t et la permittivité diélectrique du substrat est un îlot, la capacité parasite du trou traversant est approximativement la suivante: C = 1,41 îlot td1 / (D2 - D1) La capacité parasite du trou affecte le circuit principalement en allongeant le temps de montée du signal et en diminuant la vitesse du circuit. Par example, pour une carte PCB de 50 mil d'épaisseur, si le diamètre interne du trou est de 10 mil, le diamètre des plots est de 20 mil et la distance entre les Plots et le plancher de cuivre est de 32 mil, on peut utiliser la formule ci - dessus pour approximer la capacité parasite du trou: c = 1,41x4,4x0050x0020 / (0032 - 0020) = 0517 PF et la variation du temps de montée induite par cette partie de la capacité est: T10 - 90 = 2,2c (Z0 / 2) = 2,2x0517 X (55 / 2) = 31,28 ps. Il ressort clairement de ces valeurs que, bien que l'influence de la capacité parasite d'un seul trou sur le retard de montée ne soit pas évidente, les concepteurs doivent être prudents si plusieurs trous sont utilisés pour la commutation inter - couches.

Inductance parasite via

Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, les inductances parasites des trous ont tendance à être plus nocives que les capacités parasites. Son Inductance série parasite affaiblit la contribution de la capacité de dérivation, réduisant l'efficacité de filtrage de l'ensemble du système électrique. Nous pouvons simplement calculer l'inductance parasite approximative du via en utilisant la formule suivante: l = 5,08 H [Ln (4h / d) + 1] où l est l'inductance du via, la longueur du via et d Le diamètre du trou central. Il ressort de l'équation que le diamètre du trou a peu d'influence sur l'inductance, mais que la longueur du trou a une influence sur l'inductance. Toujours en utilisant l'exemple ci - dessus, l'inductance à l'extérieur du trou peut être calculée comme l = 5.08x0050 [Ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh. Si le temps de montée du signal est de 1 NS, la taille d'impédance équivalente est: XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 Í. Cette impédance ne peut être ignorée en présence de courants haute fréquence. En particulier, le condensateur de dérivation doit traverser deux trous pour relier la couche d'alimentation à la formation, doublant ainsi l'inductance parasite des trous.

Effet des Vias PCB sur la transmission du signal

Grâce à l'analyse ci - dessus des propriétés parasites des Vias, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, les Vias apparemment simples ont tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit. Pour réduire les effets néfastes des effets parasites des trous, nous pouvons essayer de faire les choses suivantes dans la conception:

1. Choisissez une taille d'ouverture raisonnable des deux côtés du coût et de la qualité du signal. Par exemple, pour 6 - 10 couches Memory module PCB conception, il est préférable de choisir 10 / 20mil (perçage / PAD) sur - trou, pour certaines plaques de petite taille de haute densité, vous pouvez également essayer d'utiliser 8 / 18mil sur - trou. Avec la technologie actuelle, il est difficile d'utiliser des trous plus petits. Pour les Vias d'alimentation ou de ligne de terre, vous pouvez envisager d'utiliser une plus grande taille pour réduire l'impédance.

2. Les deux formules discutées ci - dessus montrent que l'utilisation d'une carte PCB plus mince peut aider à réduire les deux paramètres parasites à travers les trous.

3. Les broches pour la puissance et le sol doivent être percées à proximité. Plus les fils entre les broches et les trous sont courts, mieux c'est, car ils provoquent une augmentation de l'inductance. Dans le même temps, les cordons d'alimentation et de mise à la terre doivent être aussi épais que possible pour réduire l'impédance.

4. Le câblage du signal sur la carte PCB devrait être aussi peu que possible sans changer la couche, c'est - à - dire essayer de ne pas utiliser de trous inutiles.

5. Placez quelques trous de terre près des trous où la couche de signal change afin de fournir une boucle fermée pour le signal. Vous pouvez même ajouter beaucoup de trous de mise à la terre supplémentaires à votre carte de circuit imprimé. Bien sûr, votre design doit être flexible. Le modèle de via discuté ci - dessus est le cas où il y a des plots dans chaque couche. Parfois, nous pouvons réduire ou même enlever le rembourrage de certaines couches. En particulier dans le cas d'une très grande densité de trous pouvant conduire à la formation de rainures de circuit de coupure dans la couche de cuivre, pour résoudre un tel problème, on peut envisager de réaliser des trous sur la couche de cuivre, en plus de déplacer la position des trous, afin de réduire la taille des plots.

Dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, la prise en compte complète et le contrôle raisonnable de l'impact des Vias sont essentiels pour assurer une performance stable et fiable du circuit. Grâce à l'innovation technologique constante et à l'optimisation de la conception, nous pouvons réaliser des conceptions de circuits à grande vitesse plus efficaces et plus fiables.