PCB Tecnico - PCB ad alta velocità tramite competenze progettuali

Nella progettazione di schede PCB ad alta velocità, la progettazione è un fattore importante. Consiste di fori, aree tampone intorno ai fori e aree di isolamento dello strato POWER. Di solito sono divisi in tre tipi: fori ciechi, fori sepolti e fori passanti. Nel processo di progettazione della scheda PCB, attraverso l'analisi della capacità parassitaria e dell'induttanza parassitaria dei vias, vengono riassunte alcune precauzioni nella progettazione della scheda PCB ad alta velocità.

Attualmente, la progettazione di schede PCB ad alta velocità è ampiamente utilizzata nei settori delle comunicazioni, dei computer, della grafica e dell'elaborazione delle immagini e tutti i progetti di prodotti elettronici ad alto valore aggiunto stanno perseguendo caratteristiche quali basso consumo energetico, bassa radiazione elettromagnetica, alta affidabilità, miniaturizzazione e peso leggero. Per raggiungere gli obiettivi di cui sopra, tramite la progettazione è un fattore importante nella progettazione di schede PCB ad alta velocità.

1. Via

Via è un fattore importante nella progettazione PCB multistrato. Una via è composta principalmente da tre parti, una è il foro; l'altro è l'area del pad intorno al foro; e la terza è l'area di isolamento dello strato POWER. Il processo del foro passante consiste nel placcare uno strato di metallo sulla superficie cilindrica della parete del foro passante del foro passante mediante deposizione chimica per collegare la lamina di rame che deve essere collegata agli strati medi e i lati superiori e inferiori del foro passante sono fatti in cuscinetti ordinari La forma può essere collegata direttamente con le linee sui lati superiori e inferiori, o non collegata. Vias può svolgere il ruolo di dispositivi di connessione elettrica, fissaggio o posizionamento. Il diagramma schematico della via è mostrato nella Figura 1.

Figura 1: Schema dei vias

I vias sono generalmente divisi in tre categorie: fori ciechi, fori sepolti e fori passanti.

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 e il diametro del foro di solito non superano un certo rapporto.

Foro sepolto si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie del circuito stampato.

Entrambi i fori ciechi e sepolti sono situati nello strato interno del circuito stampato e sono completati da un processo di formazione del foro passante prima della laminazione e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione del via. Attraverso i fori, che passano attraverso l'intero circuito stampato, possono essere utilizzati per l'interconnessione interna o come foro di posizionamento dell'installazione di un componente. Poiché i fori passanti sono più facili da implementare nel processo e costi inferiori, generalmente i circuiti stampati utilizzano fori passanti. La classificazione dei vias è mostrata nella Figura 2.

Figura 2: Classificazione dei vias

2. Capacità parassitica di vias

La via stessa ha capacità parassitaria di terra. Se il diametro del foro di isolamento sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore del PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è E, quindi la capacità parassitaria della via è approssimativamente: C=1.41ETD1/(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. Più piccolo è il valore di capacità, minore è l'effetto.

3. Induttanza parassitica dei vias

La via stessa ha induttanza parassitaria. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria della via è spesso maggiore dell'influenza della capacità parassitaria. L'induttanza di serie parassitaria della via indebolirà la funzione del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Se L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via e d è il diametro del foro centrale, l'induttanza parassitaria della via è simile a:

L=5,08hï¼"ln(4h/d)+1ï¼½

Si può vedere dalla formula che il diametro della via ha una piccola influenza sull'induttanza e la lunghezza della via ha la maggiore influenza sull'induttanza.

4. Non-through via tecnologia

I vias non-through includono vias ciechi e vias sepolti. Nella tecnologia non-through, l'applicazione di vias ciechi e vias sepolti può ridurre notevolmente le dimensioni e la qualità del PCB, ridurre il numero di strati, migliorare la compatibilità elettromagnetica, aumentare le caratteristiche dei prodotti elettronici, ridurre i costi e anche rendere il lavoro di progettazione più semplice e veloce.

Nella progettazione e nell'elaborazione tradizionali del PCB, attraverso i fori può portare molti problemi. In primo luogo, occupano una grande quantità di spazio efficace e, in secondo luogo, un gran numero di fori passanti sono densamente imballati in un unico posto, il che crea anche un enorme ostacolo al cablaggio dello strato interno del PCB multistrato. Questi fori passanti occupano lo spazio necessario per il cablaggio e passano intensamente attraverso l'alimentazione elettrica e il terreno. La superficie dello strato di filo distruggerà anche le caratteristiche di impedenza dello strato di filo di terra di potere e renderà inefficace lo strato di filo di terra di potere. E il metodo meccanico convenzionale di perforazione sarà 20 volte il carico di lavoro della tecnologia del foro non passante.

Nella progettazione PCB, sebbene le dimensioni dei pad e dei vias siano gradualmente diminuite, se lo spessore dello strato della scheda non è ridotto proporzionalmente, il rapporto di aspetto del foro passante aumenterà e l'aumento del rapporto di aspetto del foro passante ridurrà l'affidabilità. Con la maturità della tecnologia avanzata di perforazione laser e della tecnologia di incisione a secco al plasma, è possibile applicare piccoli fori ciechi non penetranti e piccoli fori sepolti. Se il diametro di questi vias non penetranti è di 0,3 mm, i parametri parassitari saranno circa 1/10 del foro convenzionale originale, il che migliora l'affidabilità del PCB. A causa della tecnologia non-through via, ci sono poche vie di grandi dimensioni sul PCB, che possono fornire più spazio per il routing.

Lo spazio rimanente può essere utilizzato per scopi di schermatura di grandi aree per migliorare le prestazioni EMI/RFI. Allo stesso tempo, più spazio rimanente può essere utilizzato anche per lo strato interno per schermare parzialmente il dispositivo e i cavi di rete chiave, in modo che abbia le migliori prestazioni elettriche. L'uso di vias non-through rende più facile la ventola dei pin del dispositivo, rendendo facile instradare dispositivi pin ad alta densità (come i dispositivi confezionati BGA), accorciando la lunghezza del cablaggio e soddisfacendo i requisiti di temporizzazione dei circuiti ad alta velocità.

5. Tramite selezione in PCB ordinario

Nella progettazione ordinaria del PCB, la capacità parassitaria e l'induttanza parassitaria della via hanno poco effetto sulla progettazione del PCB. Per la progettazione PCB a 1-4 strati, i vias 0.36mm/0.61mm/1.02mm sono generalmente selezionati, (perforazione/pad/area di isolamento POWER) sono migliori. Per alcune linee di segnale con requisiti speciali (come linee elettriche, linee di terra, linee di orologio, ecc.), è possibile scegliere 0.41mm/0.81mm/1.32mm vias, o è possibile utilizzare altre dimensioni secondo la situazione reale.

6. Via progettazione in PCB ad alta velocità

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari dei vias, nel disegno si possono fare quanto segue:

(1) Scegliere un ragionevole via dimensione. Per la progettazione PCB a densità generale multistrato, è meglio usare i vias di 0.25mm/0.51mm/0.91mm (fori perforati/pads/area di isolamento POWER); per alcuni PCB ad alta densità, 0.20mm/0.46 può essere utilizzato anche Per vie di mm/0.86mm, è possibile provare anche vie non passanti; per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza;

(2) Più grande è l'area di isolamento POWER, meglio è, considerando la densità di via sul PCB, generalmente D1=D2+0.41mm

(3) Le tracce del segnale sul PCB non dovrebbero essere modificate il più possibile, vale a dire, i vias dovrebbero essere ridotti il più possibile;

(4) L'uso di un PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari della via;

(5) Il potere e i perni di terra dovrebbero essere fatti tramite fori nelle vicinanze. Più corto è il cavo tra il foro di via e il perno, meglio è, perché aumenteranno l'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza;

(6) Posizionare alcuni vias di messa a terra vicino ai vias dello strato del segnale per fornire un ciclo a breve distanza per il segnale. Naturalmente, questioni specifiche devono essere analizzate in dettaglio durante la progettazione. Considerando sia i costi che la qualità del segnale, nel design PCB ad alta velocità, i progettisti sperano sempre che più piccolo è il foro via, meglio è, in modo che più spazio di cablaggio possa essere lasciato sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro di via, suo proprio Più piccola è la capacità parassitaria, più adatto per circuiti ad alta velocità. Nella progettazione di PCB ad alta densità, l'uso di vias non passanti e la riduzione delle dimensioni dei vias hanno portato ad un aumento dei costi e le dimensioni dei vias non possono essere ridotte indefinitamente. È influenzato dai processi di perforazione e galvanizzazione dei produttori di PCB. I limiti tecnici dovrebbero essere presi in considerazione in modo equilibrato nella progettazione tramite PCB ad alta velocità.