PCB Tecnico - Quali problemi devono essere prestati attenzione in HDI board vias

Via è uno dei componenti importanti dei circuiti stampati multistrato PCB, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di PCB. In poche parole, ogni foro sulla scheda HDI può essere chiamato via.

Dal punto di vista della funzione, i vias possono essere suddivisi in due categorie:

Uno è usato come collegamento elettrico tra strati

Il secondo è quello di riparare o individuare il dispositivo

In termini di processo, questi vias sono generalmente divisi in tre categorie, vale a dire vias ciechi, vias sepolti e vias attraverso. I fori ciechi si trovano sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità. Sono utilizzati per collegare la linea superficiale e la linea interna sottostante. La profondità del foro di solito non supera un certo rapporto (apertura).

Si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori di cui sopra sono situati nello strato interno del circuito stampato e sono completati dal processo di formazione del foro passante prima della laminazione e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione dei vias.

Questo tipo di foro penetra l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per l'interconnessione interna o come foro di posizionamento dell'installazione del componente. Poiché il foro passante è più facile da implementare nel processo e il costo è inferiore, la maggior parte dei circuiti stampati lo utilizza invece degli altri due tipi di fori passanti. I seguenti fori, se non diversamente specificato, sono considerati fori passanti. Dal punto di vista della progettazione, una via è composta principalmente da due parti, una è il foro del trapano nel mezzo e l'altra è l'area del pad intorno al foro del trapano. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. Ovviamente, nella progettazione di schede HDI ad alta velocità e ad alta densità, si spera sempre che più piccolo è il foro passante, meglio è, in modo che più spazio di cablaggio possa essere lasciato sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro via, maggiore è la capacità parassitaria propria. Piccolo, più adatto per circuiti ad alta velocità. Tuttavia, la riduzione della dimensione del foro comporta anche un aumento dei costi e le dimensioni dei vias non possono essere ridotte indefinitamente. È limitato da tecnologie di processo come la perforazione e la placcatura: più piccolo è il foro, il trapano Più tempo richiede il foro, più facile è deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro forato, non si può garantire che la parete del foro possa essere placcata uniformemente con rame. Ad esempio, se lo spessore (attraverso la profondità del foro) di una normale scheda PCB a 6 strati è 50Mil, allora in condizioni normali, il diametro del foro che il produttore di PCB può fornire può raggiungere solo 8Mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, la dimensione del foro può essere sempre più piccola. Generalmente, una via con un diametro inferiore o uguale a 6Mil è chiamata micro-foro. Le microvie sono spesso utilizzate nei progetti HDI (High Density Interconnect Structure). La tecnologia Microvia consente di perforare direttamente i vias sul pad (Via-in-pad), migliorando notevolmente le prestazioni del circuito e risparmiando spazio di cablaggio. Vias appaiono come punti di interruzione con impedenza discontinua sulla linea di trasmissione, che causerà riflessi del segnale. Generalmente, l'impedenza equivalente della via è circa il 12% inferiore a quella della linea di trasmissione. Ad esempio, l'impedenza di una linea di trasmissione da 50 ohm diminuirà di 6 ohm quando passa attraverso la via (nello specifico, è legata alla dimensione e allo spessore della via, non alla riduzione). Tuttavia, il riflesso causato dai vias a causa di impedenza discontinua è in realtà molto piccolo, e il coefficiente di riflessione è solo: (44-50)/(44+50)=0,06. I problemi causati dalle vie sono più concentrati sulla capacità parassitaria e l'induttanza. Influenza.

Capacità parassita di via

La via stessa ha una capacità parassitaria al suolo. Se è noto che il diametro del foro di isolamento sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, Quindi la capacità parassitaria della via è approssimativamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) L'effetto principale della capacità parassitaria del foro via sul circuito è quello di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50Mil, se viene utilizzata una via con un diametro interno di 10Mil e un diametro del pad di 20Mil e la distanza tra il pad e l'area di rame macinata è 32Mil, La capacità parassitaria è approssimativamente: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pFTIl cambiamento nel tempo di aumento causato da questa parte della capacità è: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28psDa questi valori, si può vedere che anche se l'effetto del ritardo di aumento causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è evidente, Se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare da uno strato all'altro, il produttore della scheda HDI ricorda al progettista di considerare attentamente. Induttanza parassitaria dei vias Analogamente, ci sono induttanze parassitarie insieme alla capacità parassitaria dei vias. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria dei vias è spesso maggiore dell'impatto della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo usare la seguente formula per calcolare semplicemente l'induttanza parassitaria di una via: L=5.08h [ln(4h/d)+1]Dove L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via, e d è il diametro del foro centrale. Si può vedere dalla formula che il diametro della via ha un piccolo effetto sull'induttanza, mentre la lunghezza della via ha un effetto sull'induttanza.

Sempre usando l'esempio precedente, l'induttanza della via può essere calcolata come: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nHISe il tempo di salita del segnale è 1ns, allora l'impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3.19ΩTale impedenza non può più essere ignorata quando passa la corrente ad alta frequenza. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando si collega lo strato di potenza e lo strato di terra, in modo che l'induttanza parassitaria della via raddoppierà. Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione dei PCB ad alta velocità, i vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione dei circuiti.

Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari delle vie, i seguenti aspetti possono essere fatti il più possibile nella progettazione:

Considerando sia il costo che la qualità del segnale, selezionare una dimensione ragionevole via. Ad esempio, per il design PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare 10/20Mil (forato / pad). Per alcune schede ad alta densità di piccole dimensioni, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. buco. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare vias più piccoli. Per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza.

Le due formule discusse sopra possono essere concluse che l'uso di un PCB più sottile favorisce la riduzione dei due parametri parassitari della via.

I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno dovrebbero essere perforati nelle vicinanze e i cavi tra i vias e i perni dovrebbero essere il più brevi possibile, perché aumenteranno l'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza. Le tracce del segnale sulla scheda HDI non devono essere modificate il più possibile, il che significa che i vias inutili dovrebbero essere ridotti il più possibile.

Posizionare alcuni vias a terra vicino ai vias dello strato di segnale per fornire un loop stretto per il segnale. È anche possibile posizionare un gran numero di vias di terra ridondanti sulla scheda PCB. Naturalmente, il design deve essere flessibile. Il modello via discusso in precedenza è il caso in cui ci sono pad su ogni strato. A volte, possiamo ridurre o persino rimuovere i pad di alcuni strati.

Soprattutto quando la densità dei vias è molto alta, può portare alla formazione di una scanalatura di rottura che separa il loop nello strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione della via, possiamo anche considerare di posizionare la via sullo strato di rame. La dimensione del tampone è ridotta. Come usare i vias: Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, l'uso improprio di vias apparentemente semplici spesso porta grandi effetti negativi alla progettazione del circuito.