Технология PCB - Обзор технологии отверстия PCB в монтажной плате

Перфорация PCB является важной частью многослойных PCB, и стоимость бурения обычно составляет от 30% до 40% затрат на производство PCB. Проще говоря, каждое отверстие в PCB можно назвать сквозным отверстием.

С функциональной точки зрения, отверстие PCB можно разделить на две категории:

Один используется для электрического соединения между слоями, другой - для фиксации или позиционирования оборудования. С технологической точки зрения эти pcb - сквозные отверстия обычно делятся на три категории: слепые отверстия, погребенные отверстия и сквозные отверстия. Слепое отверстие расположено в верхней и нижней частях печатной платы и имеет определенную глубину. Они используются для соединения поверхностных линий с внутренними линиями ниже. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (апертура). Под погребенными отверстиями понимаются соединительные отверстия, расположенные внутри печатной платы и не простирающиеся до поверхности платы. Эти два типа отверстий расположены во внутреннем слое монтажной платы и выполняются с помощью процесса формирования сквозных отверстий до ламинирования, и в процессе формирования сквозных отверстий могут перекрываться несколько внутренних слоев. Третий тип называется сквозным отверстием, которое проникает через всю монтажную плату и может использоваться для внутреннего соединения или установки позиционного отверстия в качестве элемента. Поскольку сквозное отверстие технически более доступно и дешевле, большинство печатных плат используют его вместо двух других сквозных отверстий. Если не предусмотрено иное, следующие сквозные отверстия считаются сквозными.

С точки зрения конструкции, перфорация состоит в основном из двух частей, одна из которых представляет собой промежуточную скважину, а другая - область прокладки вокруг скважины, как показано на рисунке ниже. Размер этих двух частей определяет размер отверстия. Очевидно, что в высокоскоростном и плотном дизайне PCB дизайнеры всегда хотят, чтобы сквозное отверстие было как можно меньше, чтобы на панели оставалось больше места для проводки. Кроме того, чем меньше сквозное отверстие, тем больше его собственная паразитическая емкость. Чем меньше он, тем больше он подходит для высокоскоростных схем. Однако уменьшение размера отверстия также может привести к увеличению затрат, и размер отверстия не может быть уменьшен бесконечно. Он ограничен такими технологическими методами, как бурение и гальваническое покрытие: чем меньше отверстие, тем больше отверстие, тем длиннее отверстие, тем легче отклониться от центрального положения; Когда глубина отверстия превышает диаметр отверстия в 6 раз, нет гарантии, что стенка отверстия будет равномерно покрыта медью. Например, толщина обычной 6 - слойной пластины PCB (глубина прохода) составляет около 50 миль, поэтому минимальный диаметр скважины, который может предложить производитель PCB, может достигать только 8 миль.

Паразитическая емкость отверстия pcb

Сами отверстия имеют паразитную емкость к земле. Если известно, что диаметр изолированного отверстия на заземленном слое сквозного отверстия составляет D2, диаметр сварного диска сквозного отверстия - D1, а толщина пластины PCB - T, диэлектрическая константа пластины - мю, а паразитическая емкость сквозного отверстия - около: C = 1,41 мкТД1 / (D2 - D1). Основным эффектом паразитной емкости перфорации на цепи является увеличение времени подъема сигнала и снижение скорости цепи. Например, для ПХБ толщиной 50 миль, если используется перфорация с внутренним диаметром 10 миль и диаметром сварного диска 20 миль, а расстояние между сварным диском и медной областью заземления составляет 32 мили, мы можем использовать вышеупомянутую формулу для приближения к перфорации. Паразитическая емкость составляет примерно C = 1,41 x4.050x0.020 / (0032 - 0.020) = 0517pF, и время подъема, вызванное этой частью емкости, изменяется следующим образом: T10 - 90 = 2,2C (Z / 2) = 2,2 x0517x (55 / 2) = 2.28ps. Из этих значений видно, что, хотя эффект задержки подъема, вызванный паразитическими конденсаторами с отдельными перфорациями, не очевиден, если перфорация используется несколько раз в линии следа для переключения между слоями, проектировщикам следует тщательно рассмотреть ее.

Паразитическая индуктивность через отверстие pcb

Аналогичным образом, паразитная индуктивность и паразитная емкость присутствуют в сквозном отверстии. При проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность сквозного отверстия часто вызывает больше повреждений, чем паразитная емкость. Его паразитная последовательная индуктивность ослабляет вклад шунтирующих конденсаторов и ослабляет фильтрационный эффект всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать приблизительную паразитную индуктивность сквозного отверстия по следующей формуле: L = 5.08 h [ln (4h / d) + 1], где L - индуктивность сквозного отверстия, h - длина сквозного отверстия, d - центр. Диаметр отверстия. Из формулы видно, что диаметр сквозного отверстия pcb оказывает незначительное влияние на индуктивность, а длина сквозного отверстия оказывает наибольшее влияние на индуктивность. Тем не менее, используя приведенные выше примеры, индуктивность сквозного отверстия может быть рассчитана следующим образом: L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) + 1] = 1,015nH. Если время подъема сигнала составляет 1ns, его эквивалентное сопротивление составляет: XL = π L / T10 - 90 = 3,19 мкм. Это сопротивление больше нельзя игнорировать при прохождении высокочастотного тока. Особое внимание следует обратить на то, что при соединении плоскости питания и плоскости заземления шунтирующий конденсатор должен проходить через два сквозных отверстия, так что паразитическая индуктивность сквозного отверстия экспоненциально увеличивается.

Высокоскоростная конструкция отверстий в 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 эффективность проектирования схемы. Для уменьшения негативного воздействия паразитических эффектов сквозных отверстий при проектировании могут быть выполнены следующие задачи:

1. Выберите разумный размер перфорации с учетом стоимости и качества сигнала. Например, для конструкции PCB модуля хранения 6 - 10 слоев лучше всего использовать отверстие 10 / 20 Mil (бурение / сварочный диск). Для некоторых компактных плат высокой плотности вы также можете попробовать 8 / 18 Mil. Дырка. В современных технических условиях трудно использовать меньшие отверстия. Для перфорации питания или заземления можно рассмотреть возможность использования большего размера для снижения сопротивления.

Две вышеупомянутые формулы позволяют сделать вывод о том, что использование более тонкого ПХД способствует уменьшению двух паразитических параметров сквозного отверстия.

Старайтесь не изменять количество слоёв сигнальной линии на панели PCB, то есть старайтесь не использовать ненужные перфорации.

Подключатели питания и заземления должны быть сверлены поблизости, а провода между проходными отверстиями и выводами должны быть как можно короче, поскольку они повышают индуктивность. В то же время линии электропитания и заземления должны быть как можно толще, чтобы уменьшить сопротивление.

5. Установка некоторых заземленных проходных отверстий вблизи проходных отверстий сигнального слоя для обеспечения ближайшего кольца сигнала. Можно даже разместить большое количество избыточных заземленных отверстий на панели PCB.

Конечно, дизайн PCB требует гибкости. Модель перфорации, о которой говорилось выше, - это ситуация, когда на каждом слое есть сварочный диск. Иногда мы можем уменьшить или даже удалить прокладки некоторых слоев. Особенно, когда плотность проходных отверстий очень высока, это может привести к образованию разрывной канавки, которая разделяет кольца в медном слое. Чтобы решить эту проблему, помимо перемещения положения сквозного отверстия, мы также можем рассмотреть возможность размещения сквозного отверстия на медном слое. Размер прокладки уменьшается.