PCB 블로그 - 고속 PCB 보드 설계에서 구멍의 부정적인 영향을 피하는 방법

1. 오버홀의 기본 개념

통공은 다층 PCB 보드의 중요한 구성 부분으로 드릴링 비용은 일반적으로 PCB 제조 비용의 30~40% 를 차지한다.간단히 말해서, PCB의 각 구멍을 통과 구멍이라고 할 수 있습니다.기능적으로 오버홀은 레이어와 레이어 간의 전기 연결로 사용되는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.둘째, 디바이스를 고정하거나 위치를 지정하는 데 사용됩니다.공예적으로 말하자면, 이러한 구멍은 일반적으로 세 종류로 나뉘는데, 즉 맹공, 매공 및 통공이다.블라인드 구멍은 인쇄 회로 기판의 위쪽 및 아래쪽 표면에 위치하며 깊이가 일정합니다.서피스 선과 아래쪽 내부 선을 연결하는 데 사용됩니다.일반적으로 구멍의 깊이는 일정한 축척 (구멍 지름) 을 초과하지 않습니다.내장형 구멍은 인쇄회로기판 내부에 있는 연결 구멍으로 인쇄회로기판 표면까지 확장되지 않습니다.위의 두 구멍 유형은 보드 내부에 있습니다.펀치 생성 프로세스를 사용하여 레이어를 누르기 전에 구멍을 완성합니다.구멍이 형성되는 동안 여러 내부 레이어가 중첩될 수 있습니다.세 번째는 전체 회로 기판을 통과하여 내부 상호 연결에 사용할 수도 있고 컴포넌트의 장착 위치 구멍으로 사용할 수도 있는 통과 구멍이라고 합니다.통공은 기술적으로 실현하기 쉽고 원가가 낮기 때문에 대부분의 인쇄회로기판은 이를 사용하여 다른 두 통공을 대체한다.별도의 규정이 없는 한 다음 오버홀은 통과 구멍으로 간주됩니다.설계 각도에서 볼 때, 오버홀은 주로 두 부분으로 구성되어 있다: 한 부분은 중간의 드릴링이고, 다른 한 부분은 드릴링 주위의 패드 영역이다.이 두 부분의 크기가 오버홀 크기를 결정합니다.분명히 고속 고밀도 PCB 보드를 설계할 때 설계자는 항상 구멍이 작을수록 좋기를 바라며, 이렇게 하면 보드에 더 많은 배선 공간을 남길 수 있다.또한 구멍이 작을수록 기생 용량이 작아 고속 회로에 더 적합합니다.그러나 구멍 크기 감소는 비용 증가를 가져오며 오버홀 크기는 무제한으로 줄일 수 없습니다.이는 드릴링 및 도금 기술의 제한을 받습니다. 구멍이 작을수록 드릴링 시간이 길고 중심을 벗어나기 쉽습니다.구멍의 깊이가 드릴된 지름의 6배를 초과하면 구멍 벽에 균일한 구리 도금을 보장할 수 없습니다.예를 들어, 정상적인 6 레이어 PCB의 두께(구멍 통과 깊이)가 50Mil이면 정상적인 조건에서 PCB 제조업체가 제공하는 구멍의 지름은 8Mil에 불과합니다.레이저 드릴 기술이 발전함에 따라 드릴의 크기도 점점 작아질 수 있다.일반적으로 지름이 6Mils보다 작거나 같은 오버홀을 마이크로홀이라고 합니다.HDI(고밀도 상호 연결 구조) 설계에서 마이크로 구멍을 자주 사용합니다.마이크로 구멍 기술은 용접 디스크에서 직접 구멍을 프레스할 수 있으므로 회로 성능이 크게 향상되고 케이블 연결 공간이 절약됩니다.전송선의 오버홀은 신호 반사를 일으키는 불연속 브레이크에 저항하는 것으로 나타납니다.일반적으로 통공의 등가 임피던스는 전송선의 등가 임피던스보다 약 12% 낮습니다.예를 들어, 50 옴의 전송선이 구멍을 통과하면 임피던스가 6 옴 감소합니다 (구체적으로 구멍을 통과하는 크기와 판의 두께가 아니라 판의 두께와 관련이 있음).그러나 구멍을 통과하는 불연속 임피던스로 인한 반사는 실제로 매우 작으며 반사 계수는 (44-50) / (44+50) = 0.06에 불과합니다.과공으로 인한 문제는 기생용량과 전기감각의 영향에 더욱 집중되여있다.

2. 과공 기생 용량과 감지

구멍을 통과하는 자체에는 기생 잡산 용량이 존재한다.바닥에 구멍이 뚫린 용접 저항 영역의 지름이 D2, 구멍이 뚫린 용접 디스크의 지름이 D1, PCB의 두께가 T, 보드 기판의 개전 상수가 인 것으로 알려진 경우그렇다면 구멍을 통과하는 기생용량은 약 C = 1.41 μ TD1/ (D2-D1) 구멍을 통과하는 잡산용량은 주로 신호 상승 시간을 연장하고 회로 속도를 낮추어 회로에 영향을 줄 것이다.예를 들어, 두께가 50Mil인 PCB의 경우 오버홀 용접판 지름이 20Mil(드릴링 지름 10Mil)이고 용접 마스크 영역 지름이 40Mil인 경우위의 공식을 통해 구멍의 기생 용량을 근사하게 계산할 수 있습니다: C=1.41x4.4 x 0.050 x 0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 이 부분의 용량으로 인한 상승 시간 변화는 T10-90=2.2C(Z0/2) = 2.2x0.31x(50/2) = 17.05ps경로설정에서 레이어 간 전환을 위해 구멍을 여러 번 사용한 경우 여러 개의 구멍이 사용되므로 설계할 때 주의해야 합니다.실제 설계에서는 구멍과 구리 덮개 영역 사이의 거리를 늘리거나 용접판의 지름을 줄여 기생 용량을 줄일 수 있다.구멍을 통과하면 기생 용량과 전기 감각이 존재한다.고속 디지털 회로의 설계에서 구멍을 통과하는 기생 전감은 왕왕 기생 용량보다 더 큰 위해를 가져온다.그 기생 직렬 감지는 바이패스 콘덴서의 역할을 약화시키고 전체 전력 공급 시스템의 필터 효과를 약화시킨다.우리는 다음과 같은 경험 공식을 사용하여 구멍의 근사 기생 전감을 간단하게 계산할 수 있다: L = 5.08h [ln (4h/d) +1], 그 중 L은 구멍을 통과하는 전감, h는 구멍을 통과하는 길이, d는 중심 드릴의 직경이다.공식에서 볼 수 있듯이 구멍을 통과하는 지름은 전감에 대한 영향이 매우 작지만 구멍을 통과하는 길이는 전감에 대한 영향이 매우 작다.위의 예를 사용하여 구멍을 통과하는 감응을 계산할 수 있습니다: L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) +1] = 1.015nH 신호의 상승 시간이 1ns이면 등가 임피던스는 XL = Í L/T10-90 = 3.19입니다.이 임피던스는 고주파 전류가 통과할 때 무시할 수 없습니다.특히 바이패스 콘덴서는 출력층과 지층을 연결할 때 두 개의 과공을 통과해야 하기 때문에 과공의 기생 전기 감각이 배로 증가한다.

3. 구멍 사용 방법

이상의 과공 기생 특성에 대한 분석을 통해, 우리는 고속 PCB 설계에서 간단해 보이는 과공이 종종 회로 설계에 큰 부정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.오버홀 기생 효과로 인한 악영향을 줄이기 위해 설계에서 다음 조치를 취할 수 있습니다.

1) 비용 및 신호 품질을 고려하여 합리적인 오버홀 크기를 선택했습니다.필요한 경우 다른 치수의 오버홀을 사용할 수 있습니다.예를 들어, 전원 또는 지선 오버홀의 경우 임피던스를 줄이기 위해 더 큰 크기를 사용하는 것이 좋으며 신호 경로설정의 경우 더 작은 오버홀을 사용할 수 있습니다.물론 오버홀 크기가 줄어들면 그에 따른 비용도 증가합니다.

2) 위에서 논의한 두 공식에서 더 얇은 PCB를 사용하면 구멍을 통과하는 두 기생 매개변수를 낮추는 데 도움이 된다는 결론을 얻을 수 있다.

3) PCB의 신호 경로설정은 가능한 한 계층화되지 않아야 합니다. 즉, 불필요한 오버홀을 가능한 한 사용해서는 안 됩니다.

4) 전원 공급 장치와 접지의 핀은 근처에 구멍을 뚫어야 하며 오버홀과 핀 사이의 핀은 가능한 한 짧아야 합니다.여러 개의 오버홀을 동시에 드릴하여 동등한 전기 감각을 줄일 수 있습니다.

5) 신호에 근접 회로를 제공하기 위해 일부 접지 오버홀을 신호층 변화의 오버홀 근처에 배치합니다.PCB에 이중 접지 구멍을 배치할 수도 있습니다.

6) 고밀도 고속 PCB 보드의 경우 미세 오버홀 사용을 고려할 수 있습니다.