PCB 기술 - PCB 구멍이 신호 전송에 미치는 영향

통공은 다층 PCB 보드의 중요한 구성 요소 중 하나이며, 드릴링 비용은 일반적으로 PCB 보드 제조 비용의 30~40% 를 차지합니다.간단히 말해서, PCB의 각 구멍을 통과 구멍이라고 할 수 있습니다.

PCB 구멍이 신호 전송에 미치는 영향

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 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 PRINTED 회로 기판의 위쪽 및 아래쪽 표면에 위치하며 아래쪽 내부 회로에 표면 회로를 연결하는 데 사용되는 깊이가 있습니다.일반적으로 구멍의 깊이는 일정한 축척 (구멍 지름) 을 초과하지 않습니다.매몰구멍은 인쇄회로기판 내부의 연결 구멍으로 인쇄회로기판의 표면까지 확장되지 않는다.이 두 유형의 구멍은 회로 기판의 내부 레이어에 있으며, 이는 레이어를 누르기 전에 구멍 통과 성형 프로세스를 통해 이루어지며, 구멍 통과 과정에서 여러 내부 레이어가 중첩될 수 있습니다.

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 가져왔고 구멍의 사이즈도 무제한으로 줄일 수 없다. 구멍 (드릴) 과 도금 (도금) 등 기술의 제한을 받는다. 구멍이 작을수록 드릴의 시간이 길고 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, 50옴의 전송선이 구멍을 통과하면 임피던스가 6옴 감소합니다 (구멍의 크기와 판의 두께와 관련이 있으며 감소하는 것이 아님).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 용량

통공 자체는 땅에 기생용량을 가지고 있다.만약 부설층의 격리공의 직경이 D2이고 통공용접판의 직경이 D1이며 PCB판의 두께가 T이고 기판의 개전상수가 섬이라면 통공의 기생용량은 대체로 다음과 같다. C=1.41섬 TD1/(D2-D1) 구멍의 기생용량은 주로 신호상승시간을 연장하고 전기로속도를 낮추어 회로에 영향을 준다.예를 들어, 두께가 50Mil인 PCB 보드의 경우 구멍의 내부 지름이 10Mil이고 용접 디스크의 지름이 20Mil이며 용접 디스크와 구리 바닥 사이의 거리가 32Mil인 경우 위의 공식을 사용하여 구멍의 기생 용량과 비슷할 수 있습니다: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020) = 0.517pF. 이 부분의 용량이 Z/2 Tps 상승함).이러한 값에서 볼 수 있듯이, 단일 빈혈의 기생 용량이 상승 지연에 미치는 영향은 뚜렷하지 않지만, 여러 개의 빈혈을 사용하여 층간 전환을 할 경우 설계자는 조심해야 한다.

통공 기생 전감

고속 디지털 회로의 설계에서 빈 구멍의 기생 전감은 왕왕 기생 용량보다 더 해롭다.그 기생 직렬 전감은 방로 용량의 기여를 약화시키고 전체 전력 시스템의 필터 효율을 떨어뜨린다.우리는 다음과 같은 공식을 사용하여 통공의 근사한 기생전감을 간단하게 계산할수 있다. L = 5.08h [ln (4h/d) +1] 그중 L은 통공전감이고 통공의 길이이며 d는 중심공의 직경이다.방정식에서 볼 수 있듯이 구멍의 직경은 전감에 대한 영향은 매우 작지만 구멍의 길이는 전감에 영향을 미친다.위의 예제에서 볼 수 있듯이 구멍 밖의 감전감은 L = 5.08x0.050 [ln(4x0.050/0.010) + 1] = 1.015nh로 계산할 수 있습니다.신호의 상승 시간이 1ns이면 동등한 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.

PCB 구멍이 신호 전송에 미치는 영향

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 같은 몇 가지를 시도할 수 있다.

1. 원가와 신호 품질 두 가지 측면에서 합리적인 공경 크기를 선택한다.예를 들어, 6-10 레이어 MEMORY 모듈 PCB 설계의 경우 10/20mil(드릴/용접 디스크) 오버홀을 선택하는 것이 좋으며, 일부 고밀도의 작은 크기 보드의 경우 8/18mil 오버홀을 시도할 수도 있습니다.현재 기술로는 더 작은 구멍을 사용하기 어렵다.전원 공급 장치 또는 접지선 구멍의 경우 임피던스를 줄이기 위해 더 큰 크기를 사용하는 것이 좋습니다.

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

3. 전원과 바닥의 핀은 근처에 구멍을 뚫어야 한다.발과 구멍 사이의 지시선은 짧을수록 좋습니다. 왜냐하면 전기 감각을 증가시킬 수 있기 때문입니다.또한 전원 공급 장치와 접지 지시선은 가능한 한 두꺼워 임피던스를 줄여야 합니다.

4. PCB 보드의 신호 경로설정은 가능한 한 레이어를 변경하지 않아야 합니다. 즉, 불필요한 구멍을 사용하지 않도록 해야 합니다.

5. 신호 레이어가 변경된 구멍 근처에 접지 구멍을 배치하여 신호에 폐쇄 루프를 제공합니다.인쇄회로기판에 추가 접지구멍을 많이 넣을 수도 있다.물론 당신의 디자인은 유연해야 합니다.위에서 설명한 통과 구멍 모델은 각 레이어에 용접 디스크가 있는 경우입니다.때때로 우리는 일부 층의 패드를 줄이거나 심지어 제거할 수 있다.특히 구멍의 밀도가 매우 높은 경우 구리 층에 회로 차단 노치가 형성될 수 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 구멍의 위치를 이동하는 것 외에 구리 층에 구멍을 형성하여 용접판의 크기를 줄이는 것도 고려할 수 있다.

고속 PCB 설계에서 통공의 영향을 충분히 고려하고 합리적으로 제어하는 것이 회로 성능의 안정적이고 신뢰성을 확보하는 관건이다.끊임없는 기술 혁신과 설계 최적화를 통해 우리는 더욱 효율적이고 신뢰할 수 있는 고속 회로 설계를 실현할 수 있다.