Teknik PCB - Dalam rekaan PCB kelajuan tinggi, bagaimana untuk menghindari kesan negatif disebabkan oleh lubang

Pertama, konsep asas lubang

Melalui lubang (VIA) adalah bahagian penting dari PCB berbilang lapisan, dan biaya lubang pengeboran biasanya mengandungi 30% hingga 40% biaya pembuatan papan PCB. Cuma letakkan, setiap lubang di PCB boleh dipanggil lubang lewat. Dalam terma fungsi, lubang boleh dibahagi kepada dua kategori: satu digunakan untuk sambungan elektrik diantara lapisan; Yang lain digunakan untuk pemasangan peranti atau posisi. Dalam terma proses, lubang-lubang ini secara umum dibahagi ke tiga kategori, iaitu buta melalui, dikubur melalui dan melalui. Lubang buta ditempatkan pada permukaan atas dan bawah papan sirkuit PRINTED dan mempunyai kedalaman tertentu untuk menyambung sirkuit permukaan dengan sirkuit dalaman di bawah. Kedalaman lubang biasanya tidak melebihi nisbah tertentu (terbuka). Lubang terkubur adalah lubang sambungan dalam lapisan dalaman papan sirkuit cetak yang tidak meneruskan ke permukaan papan sirkuit cetak. Dua jenis lubang ditempatkan dalam lapisan dalaman papan sirkuit, yang diselesaikan oleh proses bentuk lubang melalui sebelum laminasi, dan beberapa lapisan dalaman mungkin diliputi semasa bentuk lubang melalui.

Jenis ketiga, dipanggil lubang melalui, berjalan melalui seluruh papan sirkuit dan boleh digunakan untuk sambungan dalaman atau sebagai meletakkan dan mencari lubang untuk komponen. Kerana lubang melalui lebih mudah untuk dilaksanakan dalam proses, biaya lebih rendah, jadi kebanyakan papan sirkuit dicetak digunakan, daripada dua jenis lain melalui lubang. Berikut melalui lubang, tanpa penjelasan istimewa, akan dianggap sebagai melalui lubang. Dari sudut pandang desain, lubang melalui kebanyakan terdiri dari dua bahagian, satu ialah lubang bor di tengah, dan yang lain ialah kawasan pad di sekitar lubang bor. Saiz dua bahagian ini menentukan saiz lubang melalui. Jelas sekali, dalam desain PCB kelajuan tinggi, densiti tinggi, desainer sentiasa mahu lubang sebanyak mungkin, sampel ini boleh meninggalkan lebih banyak ruang kabel, tambahan, lebih kecil lubang, kapasitas parasit sendiri lebih kecil, lebih sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi. Tetapi saiz lubang berkurang pada masa yang sama membawa peningkatan biaya, dan saiz lubang tidak boleh dikurangkan tanpa had, ia terbatas dengan pengeboran (pengeboran) dan plating (plating) dan teknologi lain: semakin kecil lubang, semakin lama ia mengambil untuk pengeboran, semakin mudah ia melebihi dari tengah; Apabila kedalaman lubang lebih dari 6 kali diameter lubang, mustahil untuk menjamin penutup tembaga seragam dinding lubang. Contohnya, jika tebal (kedalaman lubang) papan PCB 6 lapisan normal adalah 50Mil, maka pembuat PCB boleh menyediakan diameter lubang 8 Mil dalam keadaan normal. Dengan pengembangan teknologi pengeboran laser, saiz pengeboran juga boleh menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Secara umum, diameter lubang kurang dari atau sama dengan 6Mil, kita menyebutnya lubang mikro. Lubang mikro sering digunakan dalam rekaan HDI (struktur Sambungan Kepadatan Tinggi). Teknologi microhole membolehkan lubang ditembak langsung pada pad (VIA-in-pad), yang meningkatkan prestasi sirkuit dan menyimpan ruang kawat.

Lubang melalui garis penghantaran adalah titik putus penghentian impedance, yang akan menyebabkan refleksi isyarat. Secara umum, impedance yang sama dengan lubang melalui adalah kira-kira 12% lebih rendah daripada garis penghantaran. Contohnya, penghalangan garis transmisi 50ohm akan menurun 6 ohm apabila ia melewati lubang-melalui (yang spesifik berkaitan dengan saiz lubang-melalui dan tebal plat, tidak menurun). Namun, refleksi disebabkan oleh penghentian impedance melalui lubang sebenarnya sangat kecil, dan koeficien refleksinya hanya :(44-50)/(44+50)=0.06. Masalah disebabkan oleh lubang lebih fokus pada pengaruh kapasitas parasit dan induktan.

Kapensiensi parasitik dan induktan melalui lubang

Kapensitasi parasit tersesat wujud dalam lubang itu sendiri. Jika diameter zon perlahan penywelding lubang pada lapisan yang meletakkan adalah D2, diameter pad penywelding ialah D1, tebal papan PCB ialah T, dan konstan dielektrik substrat ialah ε, kapasitas parasit lubang adalah kira-kira C=1.41εTD1/(D2-D1).

Kesan utama kapasitas parasit pada sirkuit adalah untuk memperpanjang masa naik isyarat dan mengurangkan kelajuan sirkuit. Contohnya, untuk papan PCB dengan tebal 50Mil, jika diameter pad lubang melalui ialah 20Mil (diameter lubang bore ialah 10Mil) dan diameter blok askar ialah 40Mil, Kita boleh kira-kira kapasitas parasit lubang melalui formula di atas: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF Perubahan masa naik disebabkan oleh kapasitor adalah kira-kira: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

Dari nilai-nilai ini, ia boleh dilihat bahawa walaupun kesan kapasitasi parasit satu lubang dalam lambat naik dan perlahan tidak jelas, jika lubang berbilang digunakan untuk bertukar lapisan ke lapisan dalam kawat, lubang berbilang akan digunakan dan patut dipertimbangkan dengan berhati-hati dalam desain. Dalam rancangan praktik, kapasitas parasit boleh dikurangkan dengan meningkatkan jarak antara lubang dan zon meletakkan tembaga (anti-pad) atau dengan mengurangkan diameter pad.

Dalam rancangan sirkuit digital kelajuan tinggi, induksi parasit lubang melalui lebih berbahaya daripada kapasitasi parasit. Induktansi seri parasitik akan lemahkan kontribusi kapasitasi bypass dan mengurangkan efektivitas penapisan seluruh sistem kuasa. Kita hanya boleh menghitung induktansi parasitik bagi pendekatan lubang melalui menggunakan formula empirik berikut: L=5.08h[ln(4h/d)+1] di mana L merujuk kepada induktansi lubang melalui, h ialah panjang lubang melalui, dan D ialah diameter lubang tengah. Ia boleh dilihat dari persamaan bahawa diameter lubang mempunyai sedikit kesan pada induktan, tetapi panjang lubang mempunyai kesan pada induktan. Dengan contoh di atas lagi, induktansi keluar dari lubang boleh dihitung sebagai L=5.08x0.050[ln(4x050/0.010)+1]= 1.015nh. Jika masa naik isyarat adalah 1ns, maka saiz impedance yang sama adalah XL=Ï-L/T10-90=3.19 Ï· Impedasi ini tidak boleh diabaikan dalam kehadiran semasa frekuensi tinggi. Secara khususnya, kondensator bypass perlu melewati dua lubang untuk menyambungkan lapisan bekalan kepada formasi, sehingga menggandakan induktan parasit lubang.

Tiga, bagaimana menggunakan lubang

Melalui analisis atas ciri-ciri parasit lubang melalui, kita boleh melihat bahawa dalam desain PCB kelajuan tinggi, lubang-lubang yang kelihatan mudah sering membawa kesan negatif besar kepada desain sirkuit. Untuk mengurangi kesan negatif dari kesan parasit lubang, kita boleh cuba untuk melakukan seperti ini dalam rancangan:

1. Mengingat kualiti kos dan isyarat, saiz lubang yang masuk akal dipilih. Jika perlu, pertimbangkan menggunakan saiz berbeza lubang. Contohnya, untuk kuasa atau kabel tanah, pertimbangkan menggunakan saiz yang lebih besar untuk mengurangi impedance, dan untuk wayar isyarat, guna lubang yang lebih kecil. Sudah tentu, sebagaimana saiz lubang menurun, biaya yang sepadan akan meningkat.

2. Dua formula yang dibincangkan di atas menunjukkan bahawa penggunaan papan PCB yang lebih tipis membantu mengurangi dua parameter parasitik perforasi.

3. Kawalan isyarat pada papan PCB tidak boleh mengubah lapisan sebanyak yang mungkin, iaitu, tidak menggunakan lubang yang tidak diperlukan sebanyak yang mungkin.

4. Pins bekalan kuasa dan tanah perlu dibuang di lubang terdekat, dan lead antara lubang dan pins seharusnya sebagai pendek yang mungkin. Beberapa lubang melalui boleh dianggap selari untuk mengurangi induktan yang sama.

5. Beberapa lubang tanah ditempatkan dekat lubang lapisan isyarat untuk menyediakan loop dekat untuk isyarat. Anda bahkan boleh meletakkan beberapa lubang tanah tambahan dalam PCB.

6. Untuk papan PCB kelajuan tinggi dengan ketepatan yang lebih tinggi, lubang mikro boleh dianggap.