PCB技術 - 設計による高速HDDI PCBのいくつかの考察

イン 高速HDI PCB デザイン, デザインは重要な要素である. 穴から成る, 穴の周りのパッド領域, 及びパワー層の分離領域, 通常、3つのタイプに分かれます：盲目の穴, 埋込み穴と貫通穴. PCB設計プロセスにおいて, ビアの寄生容量と寄生インダクタンスの解析, の設計におけるいくつかの予防措置 高速PCB viaを要約する.

現在, 高速PCB 通信は広く通信に使われている, コンピュータ, グラフィックスと画像処理. すべてのハイテク付加価値電子製品設計は、低消費電力のような特徴を追求しています, 低電磁放射, 高信頼性, 小型化, 軽量. 上記の目標を達成するために, デザインは重要な要素である 高速PCB デザイン.

1 .経由

ビアは多層pcb設計における重要な因子である。ビアは主に3つの部分から成り、一つは穴ですもう一方は、穴の周りのパッド領域ですそして、第3はパワー層の絶縁領域である。ビアホールのプロセスは、ビアホールの孔壁の円筒面に金属層を化学蒸着によりプレート状にして、中間層に接続する必要がある銅箔を接続し、ビアホールの上下の辺を通常のパッドとし、上下のラインと直接接続することができ、接続しないようにする方法である。ビアは、電気接続、固定または位置決めデバイスの役割を果たすことができます。ビアの概略図を図1に示す。

VIAの概略図

ビアは一般的に三つのカテゴリーに分かれている。

ブラインドホールは、プリント回路基板の上面および底面に位置し、ある深さを有する。これらは、表面線と下の内側の線を接続するために使用されます。穴の深さと穴の直径は、ある比率を超えない。

埋め込み穴は、回路基板の表面に延在しないプリント回路基板の内層に位置する接続孔を指す。

ブラインドおよび埋込み穴は、両方ともの内側の層に位置する 回路基板, そして、積層前にスルーホール形成プロセスによって完成する, そして、ビアの形成の間、いくつかの内部層が重なってもよい.

スルーホール, 全体を通過する 回路基板, 内部の相互接続のために、または、位置決め穴をマウントしているコンポーネントとして使うことができる. スルーホールは、プロセスにおいてより容易になり、低コストである, generally プリント回路基板 use through holes. ビアの分類を図2に示す.

バイアの分類

VIAの寄生容量

ビア自身は接地に寄生容量を有する。ビアのグランド層上の分離孔の直径がD 2である場合、ビアパッドの直径はD 1、PCBの厚さはTであり、基板基板の比誘電率は5μである。

C = 1.41は、TD 1 /（D 2 - D 1）です

回路にビアホールの寄生容量の主な効果は、信号の立ち上がり時間を長くし、回路の速度を低下させることである。容量値が小さいほど効果が小さい。

VIAの寄生インダクタンス

ビア自身は寄生インダクタンスを有する。高速デジタル回路の設計では、ビアの寄生インダクタンスによる害は寄生容量の影響よりも多い。ビアの寄生直列インダクタンスはバイパスコンデンサの機能を弱め、電力系統全体のフィルタ効果を弱める。Lがビアのインダクタンスを指す場合、Hはビアの長さ、Dは中心孔の直径である。

ビアの寄生インダクタンスは以下のようになる。

l = 5.08 h [ ln ( 4 h / d ) 1 ]

ビアの直径はインダクタンスに小さい影響を与え、ビアの長さはインダクタンスに最大の影響を与えることが式から分かる。

非貫通ビア技術

非貫通ビアはブラインドバイアと埋込みビアを含む。

非貫通ビア技術, ブラインドバイアと埋込みビアの適用は、PCBのサイズと品質を大いに減らすことができる, 層の数を減らす, 電磁両立性改善, 電子製品の特性を上げる, 経費を減らす, また、デザイン作業をより簡単かつ迅速にする. 従来のPCB設計と処理において, 貫通孔は多くの問題をもたらす. ファースト, 彼らは大量の有効空間を占める, 二番目に, 多数の貫通孔は、1つの場所において、高密度であり、また、 多層PCB. これらのスルーホールは、配線に必要なスペースを取る, そして、彼らは集中的に電源とグランドを通過します. ワイヤ層の表面はまた、パワーグランドワイヤ層のインピーダンス特性を破壊し、電源接地線層を無効にする. そして、従来の機械加工法は、非貫通孔技術の作業負荷の20倍になる.

PCB設計においては、パッドとビアのサイズが徐々に減少しているが、基板層の厚さが比例的に減少しない場合、スルーホールのアスペクト比が大きくなり、スルーホールのアスペクト比の増大により信頼性が低下する。先進的なレーザ穴あけ技術とプラズマドライエッチング技術の成熟に伴い，非貫通小孔と小さな埋込み孔を適用することができる。これらの非貫通ビアの直径が0.3 mmの場合、寄生パラメータは従来の従来の穴の約1／10になり、PCBの信頼性が向上する。

ノンスルービア技術のために、PCBの上に大きなビアがほとんどありません。残りのスペースは、EMI / RFIパフォーマンスを改善するために大面積のシールド目的のために使われることができます。同時に、より多くの残りのスペースは、それが最高の電気性能を持っているように、部分的にデバイスとキーネットワークケーブルをシールドするために内側の層に使用することができます。非貫通ビアの使用は、デバイスピンをファンアウトし、高密度ピンデバイス（BGAパッケージデバイスなど）を配線し、配線長を短くし、高速回路のタイミング要件を満たすことを容易にする。

通常のPCBの選択

通常のPCB設計では、ビアの寄生容量と寄生インダクタンスはPCB設計にほとんど影響を与えない。1 - 4層のPCB設計では、0.36 mm / 0.61 mm / 1.02 mm（ドリルホール/パッド/パワー分離領域が一般的である）。ビアはよりよいです。特別な要件（電源線、グランドライン、クロックラインなど）の信号線については、0.41 mm / 0.81 mm / 1.32 mmのビアを選択することができます、または実際の状況に応じて他のサイズのビアを使用することができます。

6. デザインによって 高速PCB

ビアの寄生特性の解析により，sphigh‐eed pcb設計では，一見単純なビアが回路設計に大きな負の効果をもたらすことが多い。ビアの寄生効果による悪影響を低減するためには、以下のように設計することができる。

1）合理的なサイズを選ぶ。多層一般密度PCB設計のために、穴を通して0.25 mm / 0.51 mm /若干の高密度PCBのために、0.20 mm / 0.46もmm / 0.86 mmのビアを使うこともできます電源または接地のために、あなたはインピーダンスを減らすためにより大きなサイズを使うことを考慮することができます

（2）パワーアイソレーション領域が大きいほど、PCB上のビア密度を考慮すると、一般的にD 1＝D 2 0.41；

（3）PCB上の信号トレースをできるだけ変更してはならない。これは、ビアをできるだけ小さくすることを意味する。

より薄いPCBの使用は、ビアの2つの寄生パラメータを減少させるのに有益である

（5）電源ピンとグランドピンとを近接させる。バイアホールとピンとの間のリード線は、インダクタンスを増加させるので、より短い。同時に、電源および接地リードは、インピーダンスを減らすためにできるだけ厚くなければならない

（6）信号のための短い距離ループを提供するために信号変化層のビアの近くにいくつかの接地ビアを配置する。

もちろん、特定の問題を詳細に分析するときに設計する必要があります。コストと信号品質の両方を考慮して、高速PCB設計において、設計者は常にビアホールが小さい方が良いことを望む。また、ビアホールを小さくすると、寄生容量が小さくなり、高速回路に適している。

イン 高密度PCB デザイン, the use of non-through ヴィアス and the reduction イン the size of vias have also brought about an increase in cost, and the size of vias cannot be reduced indefinitely. PCBメーカーのドリル加工と電気めっきプロセスの影響を受ける. Technical limitations should be given balanced consideration in the デザイン of 高速PCB vias.