PCB Tecnico - Che cosa è PCB via foro?

Concetti di base di 1 PCB tramite

PCB via è uno dei componenti importanti del PCB multistrato. Il costo dei fori di perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di schede PCB. In poche parole, ogni foro su un PCB può essere chiamato un PCB attraverso il foro. Funzionalmente, i pass PCB possono essere suddivisi in due categorie: una è utilizzata come connessione elettrica tra strati; Il secondo è quello di riparare o individuare il dispositivo. In termini di processo, questi PCB sono generalmente suddivisi in tre categorie: via cieca, via interrata e via. I fori ciechi si trovano sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità per il collegamento tra la linea superficiale e la linea interna sottostante. La profondità dei fori di solito non supera un certo rapporto (apertura). Foro sepolto si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie del circuito stampato. Questi due tipi di fori si trovano nello strato interno del circuito stampato, che è completato dal processo di formazione del foro passante prima della laminazione e possono sovrapporsi diversi strati interni durante il processo di formazione del foro passante del PCB. Il terzo è chiamato un foro passante, che passa attraverso l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per raggiungere l'interconnessione interna o montare fori di posizionamento come componenti. Poiché i fori sono più facili da realizzare tecnicamente ed economici, la maggior parte dei circuiti stampati li utilizza invece degli altri due fori PCB. Il PCB passa attraverso i fori indicati di seguito, senza istruzioni speciali, sono considerati passaggi attraverso i fori.

Dal punto di vista della progettazione, un passaggio PCB è composto principalmente da due parti, una è il foro del trapano nel mezzo, l'altra è l'area del pad di incollaggio intorno al foro del trapano. La dimensione di queste due parti determina la dimensione dei fori PCB. Chiaramente, nei progetti PCB ad alta velocità e ad alta densità, i progettisti vogliono sempre che più piccolo il PCB passa attraverso il foro, migliore è lo spazio di cablaggio sulla scheda. Inoltre, più piccolo il PCB passa attraverso il foro, minore è la capacità parassita del PCB stesso e migliore è per i circuiti ad alta velocità. Tuttavia, più piccola è la dimensione del foro, maggiore è il costo e la dimensione dei fori PCB non possono essere ridotti indefinitamente. È limitato da tecnologie di processo come foratura e placcatura: più piccola è la dimensione del foro, più tempo ci vuole per forare e più facile è deviare dalla posizione centrale. E quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro, non è possibile garantire che la parete del foro sia uniformemente placcata in rame. Ad esempio, se una normale scheda PCB a 6 strati ha uno spessore di 50 Mil (profondità passante del foro).

Quindi, in condizioni normali, il diametro dei fori forniti dai produttori di PCB può raggiungere solo 8Mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, la dimensione dei fori di perforazione può anche essere sempre più piccola. In generale, PCB passa fori con un diametro inferiore o uguale a 6Mils sono chiamati microfori. I microfori sono spesso utilizzati nella progettazione HDI (High Density Interconnect Structure). La tecnologia Microhole consente di perforare i fori PCB direttamente sul pad di incollaggio (Via-in-pad), migliorando notevolmente le prestazioni del circuito e risparmiando spazio di cablaggio.

I fori PCB nella linea di trasmissione mostrano i punti di interruzione discontinui dell'impedenza, che causano la riflessione del segnale. In generale, l'impedenza equivalente dei fori PCB è di circa il 12% inferiore a quella delle linee di trasmissione. Ad esempio, l'impedenza delle linee di trasmissione da 50 ohm attraverso i fori PCB sarà ridotta di 6 ohm (dimensione specifica dei fori PCB, anche lo spessore della piastra è correlato, non ridotto). Tuttavia, il riflesso del PCB attraverso a causa dell'impedenza discontinua è molto leggero e il suo coefficiente di riflessione è solo (44-50)/(44+50)=0,06. I problemi causati da PCB via sono più concentrati sulla capacità parassitaria e induttanza.

Capacità parassitica e induttanza di 2 PCB tramite foro

I pass PCB hanno una capacità parassitaria. Se il diametro della zona di resistenza del PCB passa sullo strato stratificato è noto per essere D2, il diametro dei passaggi PCB è D1, lo spessore della piastra PCB è T e la costante dielettrica del materiale base della piastra è nota per essere D. ε, La capacità parassitaria del poro PCB è approssimativamente la stessa di C=1,41 ε TD1/(D2-D1)

La capacità parassitaria del PCB attraverso il foro avrà un impatto importante sul circuito, che è quello di prolungare il tempo di aumento del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50 Mil, se il diametro del pad del foro passante PCB è di 20 Mil (diametro del foro trapano è di 10 Mils) e il diametro della zona di resistenza è di 40 Mil, la capacità parassitaria del foro passante PCB può essere calcolata approssimativamente dalla formula di cui sopra:

C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF

La quantità di variazione del tempo di salita causata da questa parte della capacità è approssimativamente:

T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps

Da questi valori, si può vedere che anche se l'effetto del ritardo di aumento causato dalla capacità parassitaria di un singolo foro PCB non è evidente, fori PCB multipli saranno utilizzati per la commutazione strato a strato se i fori PCB sono utilizzati più volte nel cablaggio e dovrebbero essere attentamente considerati nella progettazione. Nella progettazione pratica, la capacità parassitaria può essere ridotta aumentando la distanza tra PCB attraverso il foro e pad di rame o riducendo il diametro del pad.

La capacità e l'induttanza parassitica esistono nei passaggi PCB. Nella progettazione del circuito digitale ad alta velocità, l'induttanza parassitaria dei passaggi PCB provoca spesso più danni della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolisce il contributo della capacità di bypass e l'efficacia filtrante dell'intero sistema di alimentazione. La seguente formula empirica può essere utilizzata per calcolare l'induttanza parassitaria di un'approssimazione del foro passante PCB:

L=5,08h[ln(4h/d)+1]

L si riferisce all'induttanza dei fori PCB, h è la lunghezza dei fori PCB, D è il diametro del foro centrale. Si può vedere dalla formula che il diametro dei fori PCB ha poco effetto sull'induttanza, mentre la lunghezza dei fori PCB ha poco effetto sull'induttanza. Sempre con l'esempio precedente, l'induttanza del PCB via può essere calcolata come:

L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH

Se il tempo di salita del segnale è 1ns, l'impedenza equivalente è: XL=pi L/T10-90=3.19_. Tale impedenza non può più essere ignorata quando passa con corrente ad alta frequenza. È importante notare che la capacità di bypass deve passare attraverso due fori PCB quando si collega lo strato di alimentazione e lo strato, in modo che l'induttanza parassitaria dei fori PCB possa essere moltiplicata.

3 Come utilizzare PCB per passare i fori

Dall'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei fori PCB, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, i fori PCB apparentemente semplici spesso hanno un grande effetto negativo sulla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti negativi dell'effetto parassitario dei pori PCB, è possibile fare questo nella progettazione:

Scegliere una dimensione ragionevole del PCB in base alle dimensioni considerando sia il costo che la qualità del segnale. Considera l'utilizzo di passaggi PCB di diverse dimensioni, se necessario, come dimensioni più grandi per l'alimentazione elettrica o i passaggi PCB a filo di terra, per ridurre l'impedenza e passaggi PCB più piccoli per l'instradamento del segnale. Naturalmente, il costo aumenterà man mano che la dimensione dei fori PCB diminuisce.

B Dalle due formule discusse sopra, si può concludere che l'utilizzo di una piastra PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari del poro PCB.

Il cablaggio del segnale sulla scheda PCB C non dovrebbe essere cambiato il più possibile, cioè non dovrebbero essere utilizzati fori PCB inutili.

D L'alimentazione elettrica e i perni di terra dovrebbero essere perforati vicino al PCB attraverso il foro, più breve è il cavo tra il PCB attraverso il foro e il perno, meglio è. I passaggi multipli del PCB possono essere considerati in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.

Posiziona alcuni passaggi PCB a terra vicino ai passaggi PCB dello strato di segnale per fornire un circuito chiuso per il segnale. È anche possibile posizionare alcuni fori PCB a terra extra sulla scheda PCB.

F Per schede PCB ad alta velocità con alta densità, i fori micro-PCB possono essere presi in considerazione.