Технология PCB - Несколько соображений по высокоскоростному дизайну HDI PCB

В высокоскоростном HDI PCB - дизайне перфорация является важным фактором. Он состоит из отверстия, области сварочного диска вокруг отверстия и зоны изоляции слоя POWER и обычно делится на три типа: слепое отверстие, погребенное отверстие и сквозное отверстие. В процессе проектирования PCB, анализируя паразитную емкость и паразитную индуктивность перфорации, были обобщены некоторые меры предосторожности в высокоскоростной конструкции перфорации PCB.

В настоящее время высокоскоростной дизайн PCB широко используется в таких областях, как связь, компьютеры и обработка графических изображений. Все высокотехнологичные электронные продукты с добавленной стоимостью имеют характеристики низкого энергопотребления, низкого электромагнитного излучения, высокой надежности, миниатюризации и легкости. Для достижения этих целей конструкция перфорации является важным фактором в высокоскоростном проектировании PCB.

1. Принятие

Перепористость является важным фактором в многослойной конструкции PCB. Перфорация состоит в основном из трех частей, одна из которых перфорация; Другой - область сварочного диска вокруг отверстия; Третье - это зона изоляции на уровне POWER. Процесс перфорации заключается в нанесении слоя металла на цилиндрическую поверхность перфорированной стенки путем химического осаждения, соединяющего медную фольгу, которая должна быть соединена, с промежуточным слоем и делающего верхнюю и нижнюю стороны перфорации обычным сварочным диском. Форма может быть непосредственно связана с линией верхней и нижней сторон или не может быть соединена. Прорывные отверстия могут служить электрическим соединением, фиксацией или устройством позиционирования. Схема пробоин показана на рисунке 1.

схема перфорации

Переломы обычно делятся на три категории: слепые отверстия, погребенные отверстия и сквозные отверстия.

Слепое отверстие расположено на верхней и нижней частях печатной платы и имеет определенную глубину. Они используются для соединения поверхностных линий с внутренними линиями ниже. Глубина отверстия и диаметр отверстия обычно не превышают определенного соотношения.

Под погребенным отверстием понимается соединительное отверстие, расположенное внутри печатной платы и не простирающееся до поверхности платы.

Как слепые, так и погребенные отверстия расположены во внутреннем слое монтажной платы и выполняются с помощью процесса формирования сквозных отверстий до ламинирования, а несколько внутренних слоев могут перекрываться во время образования перфорации.

Проникающие отверстия, проходящие через всю монтажную плату, могут использоваться для внутреннего соединения или для установки установочных отверстий для элементов. Поскольку сквозные отверстия легче реализовать в процессе и дешевле, печатные платы обычно используют сквозные отверстия. Классификация пробоин показана на рисунке 2.

Классификация перфораций

2. Перфорированная паразитная емкость

Перфорация сама по себе имеет паразитную емкость к земле. Если диаметр изолированного отверстия на заземленном слое перфорации составляет D2, диаметр перфорированного сварного диска - D1, толщина PCB - T, а диэлектрическая константа фундамента - остров, паразитная емкость перфорации аналогична:

C = 1.41 Остров TD1 / (D2 - D1)

Основным воздействием перфорированной паразитной емкости на схему является увеличение времени подъема сигнала и снижение скорости цепи. Чем меньше емкость, тем меньше эффект.

3. Паразитическая индуктивность перфорации

Перфорация сама по себе обладает паразитической индуктивностью. При проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность перфорации часто наносит больший вред, чем паразитная емкость. Паразитическая последовательная индуктивность перфорации ослабляет функцию шунтирующего конденсатора и ослабляет фильтрационный эффект всей энергосистемы. Если L обозначает индуктивность перфорации, h - длину перфорации, d - диаметр центрального отверстия,

Паразитическая индуктивность перфорации похожа на:

L = 5.08h [ln (4h / d) 1]

Из формулы видно, что диаметр перфорации оказывает меньшее влияние на индуктивность, а длина перфорации оказывает наибольшее влияние на индуктивность.

4. Несквозные технологии

Непрерывные отверстия включают слепые и закапываемые отверстия.

В непроницаемой технологии перфорации применение слепого перфорации и погребения перфорации может значительно снизить размер и качество PCB, уменьшить количество слоев, улучшить электромагнитную совместимость, увеличить характеристики электронных продуктов, снизить затраты, а также сделать проектные работы более простыми и быстрыми. При традиционном проектировании и обработке PCB сквозные отверстия создают множество проблем. Во - первых, они занимают много эффективного пространства, а во - вторых, большое количество сквозных отверстий плотно в одном месте, что также создает огромные препятствия для внутренней проводки многослойных ПХБ. Эти отверстия занимают пространство, необходимое для проводки, и они плотно проходят через источник питания и заземление. Поверхность проводного слоя также разрушает импедансные свойства силового слоя, что приводит к отказу силового слоя. Традиционный механический метод бурения скважин будет в 20 раз тяжелее, чем технология непроницаемой скважины.

При проектировании ПХБ, хотя размер сварного диска и перфорации постепенно уменьшается, если толщина слоя пластины непропорционально уменьшается, соотношение сторон отверстия увеличивается, а соотношение сторон отверстия уменьшается. С развитием передовых технологий лазерного бурения и плазменного сухого травления стало возможным применение непроницаемых небольших слепых отверстий и небольших погребенных отверстий. Если диаметр этих непроницаемых отверстий составляет 0,3 мм, паразитические параметры будут составлять примерно 1 / 10 от первоначального обычного отверстия, что повышает надежность PCB.

Благодаря непроницаемой технологии перфорации на ПХБ очень мало крупных перфораций, что может обеспечить больше места для проводки. Оставшееся пространство может быть использовано для защиты больших площадей для повышения производительности EMI / RFI. В то же время, внутренний слой может использовать больше остаточного пространства для частичной защиты оборудования и ключевых сетевых кабелей, что делает их оптимальными электрическими характеристиками. Использование непроницаемых отверстий облегчает вентиляцию выводов устройства, облегчает проводку высокоплотных выводов (например, корпусов BGA), сокращает длину проводки и отвечает требованиям временных рядов высокоскоростных цепей.

Выбор перфорации в обычном PCB

В обычных конструкциях PCB паразитическая емкость и паразитическая индуктивность перфорации оказывают незначительное влияние на конструкцию PCB. Для 1 - 4 - слойной конструкции ПХБ 0,36 мм / 0.61 мм / 1,02 мм (обычно используется зона изоляции бурения / сварочного диска / POWER) Бутылки лучше. Для сигнальных линий со специальными требованиями (например, линий электропитания, наземных линий, часовых линий и т. Д.) можно выбрать перфорацию 0,41 мм / 0,81 мм / 1,32 мм или использовать перфорацию других размеров в зависимости от фактической ситуации.

Конструкция перфорации в высокоскоростном PCB

Из приведенного выше анализа паразитических свойств перфорации мы видим, что, казалось бы, простые перфорации в высокоскоростной конструкции PCB часто оказывают большое негативное влияние на конструкцию схемы. Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитическим эффектом перфорации, при проектировании могут быть выполнены следующие действия:

(1) Выберите разумный размер перфорации. Для многослойной конструкции ПХБ с общей плотностью предпочтительно использовать перфорацию 0,25 мм / 0.51 мм / 0.91 мм (зона изоляции бурения / сварного диска / POWER); Для некоторых ПХБ высокой плотности 0,20mm / 0.46 также может быть использовано отверстие mm / 0.86 мм или может быть опробовано непроницаемое отверстие; Для перфорации питания или заземления можно рассмотреть возможность использования большего размера для снижения сопротивления;

(2) Учитывая плотность перфорации на ПХБ, чем больше площадь изоляции POWER, тем лучше, как правило, D1 = D20.41;

(3) Сигнальные линии на ПХД не должны изменяться как можно больше, а это означает, что перфорации должны быть сведены к минимуму;

(4) Использование более тонких PCB способствует уменьшению двух паразитических параметров перфорации;

(5) Источники питания и заземления должны быть сделаны через близлежащие отверстия. Чем короче провод между перфорацией и выводом, тем лучше, потому что они увеличивают индуктивность. В то же время провода питания и заземления должны быть как можно толще, чтобы уменьшить сопротивление;

(6) Установка некоторых заземленных проходных отверстий вблизи сквозных отверстий в слое изменения сигнала обеспечивает короткое кольцо сигнала.

Конечно, конкретные вопросы требуют детального анализа при проектировании. Принимая во внимание стоимость и качество сигнала, в высокоскоростном дизайне PCB дизайнеры всегда надеются, что чем меньше отверстие, тем лучше, чтобы на панели оставалось больше места для проводки. Кроме того, чем меньше перфорация, тем меньше ее собственная паразитная емкость, тем больше она подходит для высокоскоростных схем.

При проектировании ПХБ высокой плотности использование непроницаемых отверстий и уменьшение размера перфорации также приводят к увеличению затрат, а размер перфорации не может быть бесконечно уменьшен. На него влияют процессы бурения и гальванизации, производимые производителями ПХБ. При проектировании высокоскоростной перфорации PCB следует учитывать технические ограничения.