PCB 뉴스 - 다중 레이어 PCB에 구멍을 뚫는 방법

사공의 기본 개념

구멍 통과 (VIA) 는 다층 PCB의 중요한 구성 요소이며, 일반적으로 시추 비용은 PCB 보드 제조 비용의 30~40% 를 차지합니다.간단히 말해서, PCB의 각 구멍을 통과 구멍이라고 할 수 있습니다.기능적으로 구멍은 레이어와 레이어 간의 전기 연결에 사용되는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.다른 하나는 장치 고정 또는 위치 지정에 사용됩니다.공예적으로 말하자면, 이러한 구멍은 일반적으로 세 종류로 나뉘는데, 즉 맹공, 매공 및 통공이다.블라인드 구멍은 인쇄 회로 기판의 상단과 하단 표면에 위치하며 표면 회로를 아래의 내부 회로에 연결하는 깊이가 있습니다.일반적으로 구멍의 깊이는 일정한 축척 (구멍 지름) 을 초과하지 않습니다.매몰구멍은 인쇄회로기판 내부의 연결 구멍으로 인쇄회로기판의 표면까지 확장되지 않는다.이 두 가지 유형의 구멍은 회로 기판의 내부에 위치하며, 이것은 층압 전의 통공 성형 공정을 통해 완성된 것이며, 몇 개의 내부는 o형일 수 있다

통과 구멍이 형성되는 동안 중첩됩니다.

세 번째 유형은 내부 상호 연결 또는 어셈블리 설치 및 구멍 배치에 사용할 수 있는 전체 보드를 관통하는 통과 구멍이라고 합니다.일반 구멍은 공정에서 구현하기 쉽고 비용이 적게 들기 때문에 대부분의 인쇄 회로 기판은 다른 두 가지 일반 구멍이 아니라 이를 사용합니다.다음 구멍은 별도의 설명 없이 구멍으로 간주해야 합니다.

설계의 각도에서 볼 때 통공은 주로 두부분으로 구성되였는데 한부분은 중간의 드릴이고 다른 한부분은 드릴링 주위의 패드구역이다.이 두 부분의 크기가 통과 구멍의 크기를 결정합니다.분명히, 고속, 고밀도 PCB를 설계할 때, 설계자는 항상 구멍이 가능한 한 작기를 원한다. 이런 샘플은 더 많은 배선 공간을 남길 수 있다. 또한 구멍이 작을수록 그 자체의 기생 용량이 작고 고속 회로에 더 적합하다.그러나 구멍 사이즈의 감소는 동시에 원가의 증가를 가져왔으며, 구멍의 사이즈는 무제한으로 감소할 수 없으며, 드릴링 (드릴) 과 도금 (도금) 등 기술의 제한을 받는다: 구멍이 작을수록 드릴링 시간이 길수록 중심을 벗어나기 쉽다;구멍의 깊이가 구멍 지름의 6배보다 크면 구멍 벽의 균일한 구리 도금을 보장할 수 없습니다.예를 들어, 일반 6단 PCB 보드의 두께(구멍 통과 깊이)가 50Mil이면 PCB 제조업체는 일반 조건에서 8Mil의 구멍 지름을 제공할 수 있습니다.레이저 드릴 기술이 발전함에 따라 드릴의 크기도 점점 작아질 수 있다.일반적으로 구멍의 지름은 6Mils보다 작거나 같으며, 이를 마이크로 구멍이라고 합니다.HDI(고밀도 상호 연결 구조) 설계에서 마이크로 구멍을 자주 사용합니다.마이크로 구멍 기술을 사용하면 구멍이 용접 디스크 (용접 디스크 VIA) 에 직접 닿을 수 있으므로 회로 성능이 크게 향상되고 케이블 연결 공간이 절약됩니다.

전송선의 구멍은 불연속적인 브레이크에 저항하여 신호의 반사를 일으킬 수 있다.일반적으로 통공의 등가 임피던스는 전송선의 등가 임피던스보다 약 12% 낮습니다.예를 들어, 50 옴의 전송선이 구멍을 통과하면 임피던스가 6 옴 감소합니다 (구멍의 크기와 판의 두께가 아니라 판의 두께와 관련이 있음).그러나 임피던스의 불연속성이 구멍을 통해 발생하는 반사는 실제로 매우 작으며 그 반사 계수는 (44-50) / (44+50) = 0.06에 불과하다.빈혈로 인한 문제는 기생용량과 전기감각의 영향에 더 많이 집중된다.

구멍을 통과하는 기생 용량과 감지

기생잡산용량은 공혈 자체에 존재한다.만약 부설층의 구멍의 용접저항구역의 직경이 D2이고 용접판의 직경이 D1이며 PCB판의 두께가 T이고 기판의 매개전기상수가 Isla µ이면 구멍의 기생전기용량은 약 C=1.41 Isla µTD1/(D2-D1)이다.

기생용량이 회로에 미치는 주요 영향은 신호 상승 시간을 연장하고 회로 속도를 낮추는 것이다.예를 들어, 두께가 50Mil인 PCB 보드의 경우 펀치 용접 디스크의 지름이 20Mil(드릴의 지름이 10Mil)이고 용접 블록의 지름이 40Mil인 경우위의 공식을 통해 구멍이 뚫린 기생 용량과 비슷할 수 있습니다: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 콘덴서로 인한 상승 시간 변화는 T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

이러한 값에서 볼 수 있듯이, 단일 구멍의 기생 커패시터가 상승 지연과 느림에 미치는 영향은 분명하지 않지만, 경로설정에서 여러 구멍을 사용하여 레이어 대 레이어를 전환하는 경우 여러 구멍이 사용되므로 설계 시 주의해야 합니다.실제 설계에서는

구멍과 구리 부설 영역 (용접 방지 디스크) 사이의 거리 또는 용접 디스크의 지름을 줄입니다.

고속 디지털 회로의 설계에서 통공의 기생 전감은 기생 용량의 위해보다 더 크다.그 기생 직렬 전감은 방로 용량의 기여를 약화시키고 전체 전력 시스템의 필터 효율을 떨어뜨린다.우리는 다음과 같은 경험공식을 사용하여 통공의 근사한 기생전감을 간단하게 계산할수 있다. L = 5.08h [ln (4h/d) +1]. 그중 L은 통공의 전감이고 h는 통공의 길이이며 d는 중심공의 직경이다.방정식에서 볼 수 있듯이 구멍의 직경은 전감에 대한 영향은 매우 작지만 구멍의 길이는 전감에 영향을 미친다.위의 예를 다시 사용하면 빈 구멍 밖의 감응은 L=5.08x0.050[ln(4x050/0.010)+1]=1.015nh로 계산할 수 있습니다. 신호 상승 시간이 1ns이면 등가 임피던스 크기는 XL=ÍL/T10-90=3.19Í입니다.이 임피던스는 고주파 전류가 있는 경우 무시할 수 없습니다.특히 바이패스 커패시터는 공급층을 지층에 연결하기 위해 두 개의 구멍을 통과해야 하므로 구멍의 기생 전기 감각이 배가됩니다.

3. 구멍 사용 방법

이상의 통공 기생 특성에 대한 분석을 통해, 우리는 고속 PCB 설계에서 간단해 보이는 통공이 종종 회로 설계에 큰 부정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.빈혈 기생 효과의 불리한 영향을 줄이기 위해 우리는 설계에서 다음과 같이 시도할 수 있다.

1. 비용과 신호 품질을 고려하여 합리적인 공경을 선택했다.필요한 경우 다른 크기의 구멍을 사용하는 것이 좋습니다.예를 들어, 전원 또는 접지 케이블의 경우 임피던스를 줄이기 위해 더 큰 크기를 사용하고 신호 경로설정의 경우 더 작은 구멍을 사용할 수 있습니다.물론 구멍 크기가 줄어들면 그에 따른 비용도 증가합니다.

2. 위에서 논의한 두 공식은 더 얇은 PCB 보드를 사용하면 천공의 두 기생 매개변수를 줄이는 데 도움이 된다는 것을 보여준다.

3. PCB 보드의 신호 경로설정은 가능한 한 레이어를 바꾸지 않아야 한다. 즉, 가능한 한 불필요한 구멍을 사용하지 않아야 한다.

4. 전원과 접지의 핀은 가장 가까운 구멍에 뚫어야 하며, 구멍과 핀 사이의 도선은 가능한 한 짧아야 한다.동등한 전기 감각을 줄이기 위해 여러 개의 구멍을 병렬로 연결하는 것을 고려할 수 있습니다.

5.일부 접지 구멍은 신호의 폐쇄 루프를 제공하기 위해 신호 계층 구멍 근처에 배치됩니다.PCB에 추가 접지 구멍을 추가할 수도 있습니다.

6. 밀도가 높은 고속 PCB 보드의 경우 미세 구멍을 고려할 수 있습니다.