Công nghệ PCB - Tổng quan về công nghệ PCB thông qua lỗ

PCB overboring là một trong những thành phần quan trọng của PCB nhiều lớp và chi phí khoan thường chiếm 30 đến 40% chi phí sản xuất PCB. Nói một cách đơn giản, mỗi lỗ trên PCB có thể được gọi là lỗ thông qua.

Từ quan điểm chức năng, pcb thông qua lỗ có thể được chia thành hai loại:

Một loại được sử dụng để kết nối điện giữa các lớp và loại còn lại để cố định hoặc định vị thiết bị. Về mặt công nghệ, các lỗ thông qua pcb này thường được chia thành ba loại, đó là lỗ mù, lỗ chôn và lỗ thông qua. Các lỗ mù nằm ở mặt trên và dưới của bảng mạch in và có độ sâu nhất định. Chúng được sử dụng để kết nối các đường bề mặt với các đường bên trong bên dưới. Độ sâu của lỗ thường không vượt quá một tỷ lệ nhất định (khẩu độ). Các lỗ chôn đề cập đến các lỗ kết nối nằm ở lớp bên trong của bảng mạch in và không mở rộng đến bề mặt của bảng. Hai loại lỗ trên nằm ở lớp bên trong của bảng mạch và được hoàn thành bằng quá trình hình thành lỗ thông qua trước khi cán, trong đó một số lớp bên trong có thể chồng chéo lên nhau trong quá trình hình thành lỗ thông qua. Loại thứ ba, được gọi là lỗ thông qua, xuyên qua toàn bộ bảng và có thể được sử dụng để kết nối nội bộ hoặc gắn lỗ định vị như một phần tử. Vì lỗ thông qua là dễ dàng hơn để thực hiện quá trình và ít tốn kém hơn, nó được sử dụng bởi hầu hết các bảng mạch in thay vì hai loại lỗ thông qua khác. Các lỗ thông sau đây được coi là lỗ thông trừ khi có quy định khác.

Từ quan điểm thiết kế, overhole chủ yếu bao gồm hai phần, một phần là lỗ khoan ở giữa và một phần khác là khu vực đệm xung quanh lỗ khoan như trong hình dưới đây. Kích thước của hai phần này xác định kích thước của lỗ thông qua. Rõ ràng, trong thiết kế PCB tốc độ cao, mật độ cao, các nhà thiết kế luôn muốn thông qua lỗ càng nhỏ càng tốt, để lại nhiều không gian cáp hơn trên bảng. Ngoài ra, thông qua lỗ càng nhỏ, điện dung ký sinh của chính nó càng lớn. Nó càng nhỏ, nó càng phù hợp với mạch tốc độ cao. Tuy nhiên, việc giảm kích thước lỗ cũng có thể dẫn đến tăng chi phí và kích thước thông qua lỗ không thể giảm vô hạn. Nó bị giới hạn bởi công nghệ xử lý như khoan và mạ điện: lỗ càng nhỏ, càng khoan, lỗ càng dài, càng dễ lệch khỏi vị trí trung tâm; Khi độ sâu của lỗ vượt quá 6 lần đường kính lỗ khoan, không có gì đảm bảo rằng các bức tường lỗ có thể được mạ đồng đều. Ví dụ, một bảng mạch PCB 6 lớp thông thường có độ dày (độ sâu qua lỗ) khoảng 50 triệu, do đó đường kính khoan tối thiểu mà một nhà sản xuất PCB có thể cung cấp chỉ có thể đạt 8 triệu.

Điện dung ký sinh pcb qua lỗ

Bản thân lỗ thông qua có điện dung ký sinh đối với mặt đất. Nếu đường kính của lỗ cách ly trên hình thành lỗ thông qua được biết là D2, đường kính của đĩa thông qua lỗ là D1 và độ dày của bảng PCB là T, thì hằng số điện môi của chất nền là μ và điện dung ký sinh qua lỗ là khoảng: C=1,41 μTD1/(D2-D1). Ảnh hưởng chính của điện dung ký sinh trên mạch là kéo dài thời gian tăng tín hiệu và giảm tốc độ của mạch. Ví dụ, đối với PCB có độ dày 50Mil, nếu một overhole với đường kính bên trong là 10mil và đường kính pad là 20mil được sử dụng và khoảng cách giữa pad và vùng đồng mặt đất là 32mil, thì chúng ta có thể xấp xỉ overhole với công thức trên. Điện dung ký sinh xấp xỉ C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,032-0,020)=0,517pF, sự thay đổi thời gian tăng gây ra bởi phần này của điện dung là: T10-90=2,2C (Z0/2)=2.2x0.517x (55/2)=31 28 giây. Như bạn có thể thấy từ các giá trị này, mặc dù tác động của sự chậm trễ tăng do tụ điện ký sinh của một lỗ duy nhất là không rõ ràng, các nhà thiết kế vẫn nên xem xét cẩn thận nếu lỗ được sử dụng nhiều lần trong dấu vết để chuyển đổi giữa các lớp.

pcb qua lỗ ký sinh cảm

Tương tự, điện cảm ký sinh và điện dung ký sinh tồn trong lỗ thông qua. Trong thiết kế mạch kỹ thuật số tốc độ cao, thiệt hại do cảm ứng ký sinh qua lỗ thường lớn hơn ảnh hưởng của điện dung ký sinh. Cảm ứng song song ký sinh của nó có thể làm suy yếu sự đóng góp của tụ điện bỏ qua và làm suy yếu hiệu ứng lọc của toàn bộ hệ thống điện. Chúng ta có thể tính toán điện cảm ký sinh gần đúng thông qua một lỗ đơn giản bằng cách sử dụng công thức sau: L=5,08h [ln (4h/d)+1], trong đó L là điện cảm thông qua lỗ, h là chiều dài thông qua lỗ và d là trung tâm. Đường kính của lỗ. Như bạn có thể thấy từ công thức, đường kính của pcb thông qua lỗ có ảnh hưởng nhỏ đến cảm ứng, và chiều dài của lỗ thông qua có ảnh hưởng lớn nhất đến cảm ứng. Vẫn sử dụng ví dụ trên, điện cảm qua lỗ có thể được tính là: L=5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010)+1]=1,015nH. Nếu thời gian tăng của tín hiệu là 1ns, trở kháng tương đương của nó là: XL=π L/T10-90=3,19 μ. Khi dòng điện tần số cao đi qua, trở kháng này không còn có thể bị bỏ qua. Cần đặc biệt chú ý rằng khi kết nối mặt phẳng nguồn và mặt đất, tụ điện bỏ qua cần phải đi qua cả hai lỗ thông qua để điện cảm ký sinh qua lỗ tăng theo cấp số nhân.

Thiết kế thông qua lỗ trong PCB tốc độ cao.

Thông qua các phân tích trên về các đặc tính ký sinh quá lỗ, chúng ta có thể thấy rằng trong thiết kế PCB tốc độ cao, dường như quá lỗ đơn giản thường có tác động tiêu cực lớn đến hiệu quả thiết kế mạch. Để giảm các tác động bất lợi gây ra bởi hiệu ứng ký sinh thông qua lỗ hổng, các công việc sau đây có thể được thực hiện trong thiết kế:

1. Xem xét chi phí và chất lượng tín hiệu, chọn kích thước quá lỗ hợp lý. Ví dụ, đối với 6-10 lớp lưu trữ mô-đun PCB thiết kế, nó là tốt hơn để sử dụng 10/20Mil (khoan/pad) thông qua lỗ. Đối với một số bảng mạch kích thước nhỏ có mật độ cao, bạn cũng có thể thử sử dụng 8/18Mil. Cái lỗ. Trong điều kiện kỹ thuật hiện tại, rất khó để sử dụng các lỗ nhỏ hơn. Đối với việc cung cấp điện hoặc nối đất, hãy xem xét sử dụng kích thước lớn hơn để giảm trở kháng.

2. Hai công thức trên có thể kết luận rằng việc sử dụng PCB mỏng hơn có lợi cho việc giảm hai thông số ký sinh thông qua lỗ.

3. Cố gắng không thay đổi số lớp tín hiệu đi bộ trên bảng PCB, có nghĩa là cố gắng không sử dụng quá mức không cần thiết.

4. Nguồn điện và pin mặt đất nên được khoan gần đó và dây dẫn giữa các lỗ và pin nên ngắn nhất có thể vì chúng sẽ làm tăng độ tự cảm. Đồng thời, dây điện và dây mặt đất nên càng dày càng tốt để giảm trở kháng.

5. Đặt một số lỗ thông qua mặt đất gần lỗ thông qua lớp tín hiệu để cung cấp vòng lặp gần nhất cho tín hiệu. Một số lượng lớn các lỗ nối đất dự phòng thậm chí có thể được đặt trên bảng PCB.

Tất nhiên, thiết kế PCB cần phải linh hoạt. Mô hình quá lỗ được thảo luận trước đó là trường hợp mỗi lớp có một miếng đệm hàn. Đôi khi, chúng ta có thể cắt giảm hoặc thậm chí loại bỏ lớp lót của một số lớp nhất định. Đặc biệt là khi mật độ của lỗ thông qua rất cao, nó có thể dẫn đến sự hình thành của một khe nứt ngăn cách các vòng lặp trong lớp đồng. Để giải quyết vấn đề này, ngoài việc di chuyển vị trí của lỗ thông qua, chúng ta cũng có thể xem xét đặt lỗ thông qua trên lớp đồng. Kích thước đệm giảm.