Teknik PCB - Bagaimana mengelakkan kesan negatif vias dalam rekaan PCB kelajuan tinggi

Konsep asas melalui lubang

Via adalah salah satu bahagian yang paling penting dari PCB Multilayer. Biasanya biaya pengeboran menghasilkan 30% hingga 40% biaya produksi PCB. Secara singkat, setiap lubang di PCB boleh dipanggil melalui. Dalam terma fungsi, vias boleh dibahagi kepada dua jenis: satu digunakan untuk sambungan elektrik diantara lapisan; yang lain untuk memperbaiki atau menempatkan peranti. Dalam bentuk proses, vial ini secara umum dibahagi ke tiga kategori: buta melalui, dikubur melalui dan melalui. Lubang buta ditempatkan di atas dan bawah papan sirkuit cetak, dan mempunyai kedalaman tertentu. Ia digunakan untuk menyambungkan litar permukaan dan litar dalaman di bawah. Kedalaman lubang biasanya tidak lebih dari nisbah tertentu (terbuka). Lubang terkubur merujuk ke lubang sambungan dalam lapisan dalaman papan sirkuit cetak, yang tidak berlangsung ke permukaan papan sirkuit. Dua jenis lubang di atas ditemui dalam lapisan dalaman PCB. Sebelum laminasi, proses bentuk lubang melalui digunakan untuk menyelesaikan proses, dan beberapa lapisan dalaman mungkin ditutup dalam proses bentuk.

Jenis ketiga dipanggil melalui lubang, yang melewati seluruh papan sirkuit dan boleh digunakan untuk sambungan dalaman atau sebagai lubang posisi pemasangan komponen. Because the through-hole is easier to realize and the cost is lower, most printed circuit boards use it instead of the other two. Via yang disebut di bawah, tanpa arahan istimewa, dianggap sebagai lubang melalui.

Dari sudut pandang desain, lubang melalui kebanyakan terdiri dari dua bahagian, satu ialah lubang latihan tengah, yang lain ialah kawasan pad disekitar lubang latihan. Saiz dua bahagian ini menentukan saiz melalui. Jelas sekali, dalam rancangan PCB dengan kelajuan tinggi, densiti tinggi, perancang sentiasa berharap bahawa semakin kecil melalui, semakin baik, sehingga boleh ada lebih ruang kabel di papan.

Selain itu, semakin kecil melalui, semakin kecil kapasitas parasit sendiri, yang lebih sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi. Namun, pengurangan saiz lubang membawa peningkatan kos, dan saiz lubang melalui tidak boleh dikurangkan tanpa had. Ia dibatasi oleh teknologi pengeboran dan peletak: semakin kecil lubang lebih panjang masa pengeboran, dan semakin mudah ia melebihi dari kedudukan tengah. Selain itu, apabila kedalaman lubang lebih dari 6 kali diameter lubang, ia mustahil untuk menjamin penutup tembaga seragam di dinding lubang. Contohnya, jika tebal (kedalaman lubang) PCB 6 lapisan normal adalah 50 Mil,dalam keadaan normal,diameter lubang pengeboran yang disediakan oleh penghasil PCB hanya boleh mencapai 8 mil. Dengan pengembangan teknologi pengeboran laser, saiz lubang pengeboran juga boleh menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Secara umum, melalui lubang dengan diameter kurang dari atau sama dengan 6 mil dipanggil mikropori. Mikropor sering digunakan dalam rekaan HDI (struktur sambungan densiti tinggi). Teknologi mikroporos membolehkan vias ditembak secara langsung pada pad, yang meningkatkan prestasi sirkuit dan menyimpan ruang kawat.

Laluan adalah titik hentian impedance yang berhenti pada garis transmisi, yang boleh menyebabkan refleksi isyarat. Secara umum, impedansi yang sama dengan vias adalah kira-kira 12% lebih rendah daripada garis penghantaran. Contohnya, penghalangan garis transmisi 50 ohm akan menurun 6 ohm apabila melewati botol (ia berkaitan dengan saiz botol dan tebal plat, tetapi bukan pengurangan). Tetapi refleksi disebabkan oleh penghentian impedance melalui sebenarnya sangat kecil, dan koeficien refleksinya hanya (44-50) / (44 + 50) = 0.06, dan masalah disebabkan oleh melalui fokus terutamanya pada pengaruh kapasitas parasit dan induktan.

Kapensiensi parasitik dan induktan melalui

Jika diameter kawasan topeng solder melalui adalah D2, diameter melalui pad adalah D1, tebal PCB adalah t, dan konstan dielektrik substrat adalah ε, kapasitas parasit melalui kira-kira C=1.41 ε TD1 / (d2-d1)

pengaruh utama kapasitas parasit melalui sirkuit adalah untuk memperpanjang masa naik isyarat dan mengurangkan kelajuan sirkuit. Contohnya, untuk PCB dengan tebal 50 mil, jika diameter pad melalui 20MIL (diameter pengeboran ialah 10 mil), dan diameter topeng askar ialah 40 mil, Kemudian kita boleh kira-kira kira-kira mengira kapasitas parasit melalui dengan formula di atas: C = 1.41x4.4x0.050x0.020 / (0.040-0.020) = 0.31pf. Variasi masa naik disebabkan oleh kapasitasi ini adalah: t10-90 = 2.2c (Z0 / 2) = 2.2x0.31x (50 / 2) = 17.05ps

Dari nilai-nilai ini, ia boleh dilihat bahawa walaupun kesan kapasitas parasit satu melalui tidak jelas, jika vial digunakan berulang kali untuk menukar lapisan dalam kawat, vial berbilang akan digunakan, yang patut dipertimbangkan dengan hati-hati dalam desain. Dalam rancangan sebenar, kapasitas parasit boleh dikurangkan dengan meningkatkan jarak antara melalui dan lapisan tembaga (anti pad) atau menurunkan diameter pad.

Dalam rancangan sirkuit digital kelajuan tinggi, kerosakan disebabkan oleh induksi parasit melalui sering lebih besar daripada kapasitasi parasit. Induktansi seri parasitik akan lemahkan kontribusi kapasitasi bypass dan efisiensi penapisan seluruh sistem kuasa. Kita boleh gunakan formula empirik berikut untuk menghitung induksi parasit melalui: l = 5.08h [ln (4h / D) + 1], di mana l ialah induksi melalui, h ialah panjang melalui, dan D ialah diameter lubang tengah. Ia boleh dilihat dari formula bahawa diameter melalui mempunyai sedikit kesan pada induktan, sementara panjang lubang melalui mempunyai kesan pada induktan. Masih menggunakan contoh di atas, kita boleh menghitung melalui inductans sebagai berikut: l = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) + 1] = 1.015nh. Jika masa naik isyarat adalah 1ns, maka kemudahan yang sama adalah: XL = ϣ L / t10-90 = 3.19 Ω. Impedansi ini tidak boleh diabaikan apabila ada semasa frekuensi tinggi berlalu melalui. Perlu dicatat bahawa kapasitasi bypass perlu melewati dua botol apabila menyambung lapisan kuasa dan stratum, jadi induksi parasit melalui akan digandakan.

Bagaimana menggunakan kunci

Melalui analisis atas ciri-ciri parasit vias, kita boleh melihat bahawa dalam rekaan PCB kelajuan tinggi, kelihatannya vias sederhana sering membawa kesan negatif besar kepada rekaan sirkuit. Untuk mengurangi kesan negatif yang disebabkan oleh kesan parasit vias, kita boleh cuba yang terbaik untuk melakukan ini dalam rancangan:

1.Dari dua aspek kualiti kos dan isyarat, pilih saiz yang masuk akal melalui saiz. Jika diperlukan, kunci saiz berbeza boleh dianggap. Contohnya, untuk vias bekalan kuasa atau wayar tanah, saiz yang lebih besar boleh digunakan untuk mengurangi impedance, sementara vias yang lebih kecil boleh digunakan untuk wayar isyarat. Tentu saja, dengan mengurangi melalui saiz, biaya yang sepadan juga akan meningkat.

2.Dari kedua-dua formula yang dibincangkan di atas, boleh dikatakan bahawa penggunaan PCB yang lebih tipis adalah berguna untuk mengurangi dua parameter parasit melalui.

3.Cuba jangan ubah lapisan kabel isyarat pada papan PCB, iaitu, cuba jangan guna melalui yang tidak diperlukan.

4.Pin bekalan kuasa dan tanah perlu dibuang dekat, dan semakin pendek petunjuk antara laluan dan pin, semakin baik. Untuk mengurangi induktan yang sama, pelbagai botol dalam selari boleh dianggap.

5.Letakkan beberapa kunci mendarat dekat kunci perubahan lapisan isyarat, supaya menyediakan loop dekat untuk isyarat. Beberapa kunci pendaratan yang tidak berguna boleh ditempatkan di papan PCB.

6.Untuk PCB kelajuan tinggi dengan densiti tinggi, mikro melalui boleh dianggap.