Technologie PCB - Comment concevoir des trous dans le câblage de la carte PCB?

Qu'est - ce que via?

Le perçage est l'un des composants importants des PCB multicouches 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 sert à fixer ou positionner le dispositif. D'un point de vue technologique, les trous percés sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les trous borgnes, les trous percés enterrés et les trous 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, appelé via, 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, il est utilisé pour la plupart des cartes de circuits imprimés, plutôt que pour les deux autres via. Sauf indication contraire, les surperforations suivantes sont considérées comme des surperforations.

Composition des pores

D'un point de vue de la conception, le trou traversant est principalement constitué de deux parties, l'une étant un trou au milieu et l'autre une zone de rembourrage autour du trou. La taille de ces deux parties détermine la taille du trou. 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 du trou entraîne également une augmentation du coût et la taille du sur - trou 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 faut de temps pour le percer. Plus le temps est long, 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 plaquée de cuivre. Par exemple, une carte PCB ordinaire de 6 couches a une épaisseur (profondeur de trou traversant) d'environ 50 mil, de sorte que le diamètre de forage minimum qu'un fabricant de PCB peut fournir ne peut atteindre que 8 mil.

Propriétés parasites de la porosité excessive

1 capacité parasite

Le via lui - même a une capacité parasite à la masse. Si l'on sait que le diamètre du trou isolé sur la couche de masse du trou percé est D2, que le diamètre du plot percé est D1, que l'épaisseur de la carte PCB est t et que la permittivité diélectrique du substrat de la carte est islaµ, la capacité parasite du trou percé est d'environ:

C = 1,41 île td1 / (D2 - D1)

L'effet principal de la capacité parasite poreuse sur le circuit est de prolonger le temps de montée du signal et de réduire la vitesse du circuit.

Par exemple, pour un PCB de 50 mil d'épaisseur, si vous utilisez un trou de porosité avec un diamètre interne de 10 mil, un diamètre de plot de 20 mil et une distance de 32 mil entre le Plot et la zone de cuivre de masse, nous pouvons utiliser la formule ci - dessus pour approximer le trou de porosité.

C = 1,41x4,4x0050x0020 / (0032 - 0020)

= 0517°f

La variation du temps de montée induite par cette partie de la capacité est de:

T10 - 90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2x0517x (55 / 2)

= 31,28 livres par seconde

On voit à partir de ces valeurs que, bien que l'effet du retard de montée induit par la capacité parasite d'un seul sur - trou ne soit pas perceptible, les concepteurs doivent néanmoins y réfléchir attentivement si les sur - trous sont utilisés plusieurs fois dans la trace pour Commuter entre les couches.

2 inductances parasites

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 les inductances parasites poreuses sont souvent plus importants que les effets des capacités parasites. 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 des pores en utilisant la formule suivante:

L = 5,08 heures [Ln (4h / j) + 1]

Où l représente l'inductance du trou percé, h la longueur du trou percé 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 en utilisant l'exemple ci - dessus, l'inductance de la porosité peut être calculée comme suit:

L = 5,08 x 0050 [Ln (4x0050 / 0010) + 1]

= 1015 pouces de hauteur

Si le temps de montée du signal est de 1 NS, son impédance équivalente est:

XL = Íl / T10 - 90 = 3,19 îles

Cette impédance n'est plus négligée lors du passage d'un courant haute fréquence; il est à noter en particulier qu'en reliant le plan d'alimentation et le plan de masse, le condensateur de dérivation doit passer par deux Vias, de sorte que l'inductance parasite des Vias augmente exponentiellement.

Technologie de conception par trou

Par l'analyse ci - dessus des caractéristiques parasitaires des trous de travers, nous pouvons voir que dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, les trous de travers apparemment simples ont tendance à apporter beaucoup à la conception de circuits. Les effets négatifs. Afin de réduire les effets néfastes causés par les effets parasites des Vias, les opérations suivantes peuvent être effectuées dans la conception: