Technologie PCB - Effet des porosités sur la transmission du signal

Tout d'abord, le concept de base du perçage le perçage est l'un des composants importants d'un PCB multicouche et le coût du perçage représente généralement 30 à 40% du coût de fabrication d'un PCB. En termes simples, chaque trou dans le PCB peut être appelé un trou de travers. D'un point de vue fonctionnel, les Vias peuvent être divisés en deux catégories: une pour les connexions électriques entre les couches; L'autre est destiné à fixer ou positionner le dispositif. D'un point de vue technologique, ces Vias sont généralement classés en trois catégories, à savoir les Vias borgnes, les Vias enterrés et les Vias traversants. Les trous borgnes sont situés sur les faces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur. Ils sont utilisés pour connecter les lignes de surface et les lignes intérieures ci - dessous. La profondeur des trous ne dépasse généralement pas une certaine proportion (pores). Par trou enterré, on entend un trou de connexion situé dans la couche interne de la carte de circuit imprimé et ne s'étendant pas à la surface de la carte. Les deux types de trous décrits ci - dessus sont situés dans la couche interne de la carte et sont réalisés par un procédé de formation de Vias avant laminage, et plusieurs couches internes peuvent être superposées lors de la formation des vias. Le troisième type est appelé via, il pénètre dans toute la carte et peut être utilisé pour les interconnexions internes ou comme composant pour monter des trous de positionnement. Comme le via est plus facile à mettre en œuvre et moins coûteux dans le processus, la plupart des cartes de circuit imprimé l'utilisent à la place des deux autres via. Sauf indication contraire, les surperforations mentionnées ci - dessous sont toutes considérées comme des surperforations.

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 étant une zone de rembourrage autour du trou de forage. La taille de ces deux parties détermine la taille des pores. De toute évidence, dans les conceptions de circuits imprimés à haute vitesse et à haute densité, les concepteurs veulent toujours que plus les trous sont petits, mieux c'est, ce qui laisse plus d'espace de câblage sur la carte. De plus, plus le trou traversant est petit, plus sa propre capacité parasite est faible. Plus il est petit, plus il convient à une utilisation dans des circuits à grande vitesse. Cependant, la réduction de la taille des trous entraîne également une augmentation du coût et la taille des sur - trous ne peut pas être réduite indéfiniment. Il est limité par des techniques de processus telles que le perçage et le placage: plus le trou est petit, plus il est percé et plus il prend de temps, plus il est facile de se décentrer; Et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou foré, il n'est pas garanti que la paroi du trou puisse être uniformément cuivrée. Par exemple, si une carte PCB normale à 6 couches a une épaisseur (profondeur de trou traversant) de 50 mil, le diamètre de forage minimum fourni par le fabricant de PCB ne peut atteindre que 8 Mil dans des conditions normales. Avec le développement de la technologie de perçage laser, la taille des trous peut être de plus en plus petite. Généralement, les pores de diamètre inférieur ou égal à 6 mils sont appelés micropores. Les perçages sont généralement utilisés dans la conception HDI (High Density Interconnect structure). La technologie microvia permet un poinçonnage direct sur les Plots (perçage dans les Plots), ce qui améliore considérablement les performances du circuit et économise de l'espace de câblage. Les perçages se comportent sur la ligne de transmission comme des points de coupure avec des discontinuités d'impédance, ce qui entraînera une réflexion du signal. Typiquement, l'impédance équivalente d'un trou traversant est inférieure d'environ 12% à l'impédance équivalente d'une ligne de transmission. Par example, l'impédance d'une ligne de transmission de 50 ohms diminuera de 6 ohms lors du passage d'un perçage (Ceci est plus précisément lié à la taille et à l'épaisseur du perçage qu'à une réduction absolue). Cependant, la réflexion induite par l'impédance discontinue du via est en fait très faible et son coefficient de réflexion n'est que de: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Les problèmes causés par la porosité excessive sont davantage concentrés sur les capacités et les inductances parasites. Influence.

Deuxièmement, la capacité parasite de la porosité et la porosité inductive de la porosité présentent elles - mêmes une capacité parasite parasite. Si l'on sait que le diamètre du masque de soudure sur la couche de masse du trou sur - perforé est D2, que le diamètre du plot du trou sur - perforé est D1, que l'épaisseur de la carte PCB est t et que la permittivité diélectrique du substrat de la carte est Island, La capacité parasite de la porosité est d'environ: C = 1,41 µtd1 / (D2 - D1) la capacité parasite de la porosité a pour effet principal sur le circuit de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit. Par example, pour une carte PCB de 50 mil d'épaisseur, si le diamètre des plots percés est de 20 mil (diamètre des trous de 10 mil) et que le diamètre du masque de soudure est de 40 mil, Nous pouvons alors utiliser la formule ci - dessus pour approximer la capacité parasite de la taille d'un Pore à peu près: C = 1,41x4,4x0050x0020 / (0040 - 0020) = 0,31pf la variation du temps de montée causée par cette partie de la capacité est approximativement: T10 - 90 = 2,2c (Z0 / 2) = 2,2x0,31x (50 / 2) = 17,05ps de ces valeurs, bien que l'effet du retard de descente causé par la capacité parasite d'un seul Pore puisse être vu. Il est clair que si vous utilisez des pores multiples dans les traces pour basculer entre les couches, plusieurs pores seront utilisés et la conception devra être soigneusement examinée. Dans une conception pratique, la capacité parasite peut être réduite en augmentant la distance entre le via et la zone de cuivre (contre - plot) ou en diminuant le diamètre du plot. Il y a une capacité parasite dans la porosité ainsi qu'une inductance parasite. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, les dommages causés par l'inductance parasite de la porosité sont souvent plus importants que les effets de la capacité parasite. Son Inductance série parasite affaiblit la contribution du condensateur de dérivation, affaiblissant l'effet de filtrage de l'ensemble du système électrique. Nous pouvons simplement calculer l'inductance parasite de la porosité en utilisant la formule empirique suivante: l = 5,08 H [Ln (4h / d) + 1] où l est l'inductance de la porosité, h la longueur de la porosité et d Le diamètre du trou central. Il ressort de la formule que le diamètre des pores sur - percés a moins d'influence sur l'inductance, tandis que la longueur des pores sur - percés a le plus d'influence sur l'inductance. Toujours à l'aide de l'exemple ci - dessus, l'inductance de la porosité peut être calculée comme suit: l = 5.08x0050 [Ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh si le temps de montée du signal est de 1NS, son impédance équivalente est: XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 cette impédance n'est plus ignorée lorsque le courant haute fréquence passe. Il est à noter en particulier que, lors de la connexion de la couche d'alimentation et de la couche de masse, le condensateur de dérivation doit traverser deux trous de travers, de sorte que l'inductance parasite des trous de travers est doublée.

Troisièmement, comment utiliser la porosité excessive à travers l'analyse ci - dessus des caractéristiques parasites de la porosité excessive, nous pouvons voir que dans la conception de PCB à grande vitesse, la porosité apparemment simple a tendance à avoir un impact négatif important sur la conception du circuit. Pour réduire les effets néfastes causés par les effets parasites des Vias, voici ce qui peut être fait dans la conception: 1. Choisissez une taille raisonnable par taille, en tenant compte du coût et de la qualité du signal. Si nécessaire, vous pouvez envisager d'utiliser des pores de différentes tailles. Par example, pour les surtrous d'alimentation ou de mise à la terre, on peut envisager d'utiliser des dimensions plus importantes pour réduire l'impédance, et pour les traces de signal, des surtrous plus petits. Bien entendu, à mesure que la taille du trou traversant diminue, le coût correspondent augmente également. 2. Les deux formules discutées ci - dessus peuvent conclure que l'utilisation de PCB plus minces est bénéfique pour réduire les deux paramètres parasites de la porosité excessive. 3. Essayez de ne pas modifier le nombre de couches de traces de signal sur la carte PCB, c'est - à - dire essayez de ne pas utiliser de trous excessifs inutiles. 4. Les broches de l'alimentation et de la mise à la terre doivent être percées à proximité et les broches entre les trous et les broches doivent être aussi courtes que possible. Pensez à jouer plusieurs pores en parallèle pour réduire l'inductance équivalente. 5. Placez quelques Vias à la terre près des Vias de la couche de signal pour fournir le retour le plus proche du signal. Vous pouvez même placer des trous de mise à la terre redondants sur votre PCB. 6. Pour les cartes PCB à haute vitesse avec une densité plus élevée, l'utilisation de micro - pores peut être envisagée.