PCB-Lochkonzept
Grundlegendes Straßenkonzept
Via ist eine der wichtigsten Komponenten einer Multilayer-Leiterplatte. Die Bohrkosten liegen normalerweise zwischen 30% und 40% der Kosten der Leiterplatte. Einfach gesagt, jedes Loch in der Leiterplatte kann weggerufen werden. In Bezug auf die Funktion können die Durchkontaktierungen in zwei Typen unterteilt werden: Eine wird als elektrische Verbindung zwischen den Schichten verwendet. Mit dem anderen wird das Gerät fixiert oder positioniert. In Bezug auf den Prozess werden diese Routen im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: blinde Straßen, unterirdische Straßen und Straßen. Blinde Gassen befinden sich auf der oberen und unteren Oberfläche der Leiterplatte und haben eine Tiefe, um die Oberflächenverkabelung mit der darunter liegenden internen Verdrahtung zu verbinden. Die Tiefe der Löcher überschreitet normalerweise ein bestimmtes Verhältnis (Öffnung) nicht.
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Das eingegrabene Loch bezieht sich auf ein Verbindungsloch, das in der inneren Schicht der gedruckten Verdrahtungsplatte angeordnet ist und sich nicht bis zur Oberfläche der gedruckten Schaltung erstreckt. Die oben erwähnten zwei Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der gedruckten Schaltung und werden durch einen Vorgang des Ausbildens des Durchgangslochs vor dem Walzen vervollständigt, und während des Ausbildens der Durchgangslöcher können mehrere innere Schichten überlappt werden. Der dritte Typ wird als Durchgangsbohrung bezeichnet, und die Bohrung verläuft durch die gesamte Leiterplatte und kann zur Durchführung der internen Verbindung oder als Montagebohrung für die Komponente verwendet werden. Da die Routen im Prozess einfacher zu implementieren sind und weniger kosten, wird sie von den meisten Leiterplatten verwendet, ohne dass zwei weitere Routen erforderlich sind. Die unten beschriebenen Durchgangslöcher gelten als Durchgangslöcher, sofern nicht anders angegeben.
Aus Sicht des Designs besteht ein Pfad hauptsächlich aus zwei Teilen, einer ist ein Loch in der Mitte und der andere ist ein Bereich um das Loch herum. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe der Straßen. Beim Design von Hochgeschwindigkeits- und High-Density-PCBs hofft der Konstrukteur natürlich immer, je kleiner der Weg, desto besser, so dass mehr Platz auf der Verdrahtung auf der Platine verbleiben kann. Außerdem ist der Pfad, die parasitäre Kapazität, geringer. Kleiner, besser für Hochgeschwindigkeitskreise geeignet. Die Verringerung der Größe des Lochs hat jedoch auch einen Kostenanstieg zur Folge, und die Größe des Lochs in der Straße kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Es ist durch Verfahrenstechniken wie Bohren und Plattieren begrenzt: Je kleiner das Loch, desto kleiner der Bohrer. Je länger das Loch ist, desto leichter kann es von der zentralen Position abweichen. und wenn die Tiefe des Lochs das 6-fache des Durchmessers des Lochs übersteigt, kann nicht garantiert werden, dass die Wand des Lochs gleichmäßig mit Kupfer beschichtet werden kann. Zum Beispiel, wenn eine normale 6-Schicht-Platine eine Dicke (Durchgangstiefe) von 50 Mil hat.
Daher können Leiterplattenhersteller unter normalen Bedingungen einen Mindestdurchmesser von 8 Milliliter bereitstellen. Mit der Entwicklung der Laserbohrtechnologie können Lochgrößen immer kleiner werden. Im Allgemeinen wird das Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 6 Meilen oder weniger als Mikroloch bezeichnet. Mikroporen werden häufig in HDI-Konstruktionen (High Density Interconnect Structure) verwendet, wodurch Vias direkt auf den Pads (Via-in-Pad) platziert werden können, was die Schaltungsleistung erheblich verbessert und Platz in der Verkabelung spart.
Die Durchgänge erscheinen als unterbrochene Haltepunkte auf der Übertragungsleitung und verursachen Reflexionen im Signal. Im Allgemeinen ist die äquivalente Impedanz einer Route etwa 12% niedriger als die einer Übertragungsleitung. Beispielsweise wird eine 50-Ohm-Übertragungsleitung beim Durchqueren einer Straße um 6 Ohm reduziert (insbesondere hängt die Straßengröße auch von der Straßendicke ab, nicht von einer absoluten Abnahme). Die Reflexion des Durchgangslochs aufgrund der Impedanzdiskontinuität ist jedoch tatsächlich sehr klein und sein Reflexionskoeffizient beträgt nur: (44-50) / (44 + 50) = 0,06. Das Problem des Durchgangslochs konzentriert sich mehr auf parasitäre Kapazität und Induktivität. Auswirkung.
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Über parasitäre Kapazität und Induktivität
Das gleiche Loch in der Straße hat eine parasitäre parasitäre Kapazität. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser des Durchgangslochs des Durchgangslochs auf der Basisschicht D2 ist, ist der Durchmesser der Kontaktstelle D1, die Dicke der PCB ist T und die Dielektrizitätskonstante des Substrats der Platte. Für ε ist die parasitäre Lebensfähigkeit ähnlich wie:C = 1,41 & epsi; TD1 / (D2-D1)
Die hauptsächliche Wirkung der parasitären Kapazität des Pfads in der Schaltung besteht darin, die Signalanstiegszeit zu verlängern und die Schaltungsgeschwindigkeit zu reduzieren. Wenn zum Beispiel bei einer Leiterplatte mit einer Dicke von 50Mil der Durchmesser des Polsters 20Mil beträgt (der Lochdurchmesser beträgt 10Mil) und der Durchmesser der Schweißmaske 40Mil beträgt, können wir das Loch anhand der obigen Formel approximieren. Die parasitäre Kapazität beträgt ungefähr:
C = 1,41 x 4,4 x 0,050 x 0,020 / (0,040-0,020) = 0,31 pF
Die durch diesen Teil der Kapazität verursachte Anstiegszeit beträgt ungefähr:
T10-90 = 2,2C (Z0 / 2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05 ps
Aus diesen Werten ist ersichtlich, dass der Effekt der Zunahme und der Verzögerung, die durch die parasitäre Kapazität eines einzelnen Pfads verursacht werden, nicht offensichtlich ist, wenn der Pfad in der Spur für den Übergang zwischen den beiden Pfaden mehrfach verwendet wird Schichten, mehrere. Design muss sorgfältig geprüft werden. Bei der derzeitigen Konstruktion kann die parasitäre Kapazität verringert werden, indem der Abstand zwischen dem Kupferpad und dem Weg (Anti-Pad) erhöht wird oder indem der Durchmesser des Pads verringert wird.
Parasitäre Induktivität ist im Straßenloch vorhanden und parasitäre Induktivität. Bei der Konstruktion von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen ist die parasitäre Induktivität des Durchgangslochs oft schädlicher als die parasitäre Kapazität. Seine parasitäre Serieninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und verringert die Filtereffizienz des gesamten Einspeisesystems. Wir können die parasitäre Induktivität einer Näherungsroute einfach anhand der folgenden empirischen Formel berechnen:
L = 5,08h [In (4h / d) + 1]
Wobei L die Induktivität des Weges ist, h die Länge des Weges ist und d der Durchmesser des zentralen Lochs ist. Aus der Gleichung ist ersichtlich, dass der Durchmesser des Weges einen geringeren Einfluss auf die Induktivität hat und der größere Einfluss auf die Induktivität die Länge des Weges ist. Unter Verwendung des vorherigen Beispiels kann die Straßeninduktivität wie folgt berechnet werden:
L = 5,08 × 0,050 [ln (4 × 0,050 / 0,010) + 1] = 1,015nH
Wenn die Signalanstiegszeit 1 ns beträgt, lautet die äquivalente Impedanz: XL = πL / T10 - 90 = 3,19 Ω. Diese Impedanz kann bei Hochfrequenzstrom nicht ignoriert werden. Es ist wichtig zu beachten, dass der Überbrückungskondensator beim Verbinden der Versorgungsschicht und der Masseebene zwei Durchgänge durchlaufen muss, damit die parasitäre Induktivität des Pfads multipliziert wird.
Wie verwende ich Vias?
Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften der Durchkontakte können wir erkennen, dass bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten scheinbar einfache Durchkontakte häufig einen großen negativen Einfluss auf das Design der Schaltung haben. Um die nachteiligen Auswirkungen von parasitären Vias-Effekten zu reduzieren, ist es möglich, im Design so viel wie möglich zu tun:
A Betrachten Sie die Größe der Straßen in Bezug auf Kosten und Signalqualität von angemessener Größe. Ziehen Sie gegebenenfalls in Betracht, Vias unterschiedlicher Größe zu verwenden. Erwägen Sie beispielsweise für Strom- oder Erdungsrouten die Verwendung größerer Abmessungen, um die Impedanz zu reduzieren, während Sie für Signalverläufe kleinere Pfade verwenden. Wenn die Straßengröße abnimmt, steigen die entsprechenden Kosten.
B Die beiden oben diskutierten Formeln lassen den Schluss zu, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte dazu beiträgt, die beiden parasitären Parameter der Route zu reduzieren.
Die Signalverläufe auf der Leiterplatte C sollten nicht so weit wie möglich geändert werden, dh verwenden Sie keine unnötigen Vias.
D Die Stromversorgungs- und Erdungsstifte müssen sich in der Nähe des Lochs befinden, und das Kabel zwischen den Pfaden und dem Stift sollte so kurz wie möglich sein. Es können mehrere Pfade parallel berücksichtigt werden, um die äquivalente Induktivität zu reduzieren.
E Platzieren Sie einige Erdungspfade in der Nähe der Signaländerungspegelpfade, um die neueste Signalschleife bereitzustellen. Es ist sogar möglich, einige überirdische Wege auf der Leiterplatte zu platzieren.
F Erwägen Sie bei Leiterplatten mit hoher Dichte und hoher Dichte die Verwendung von Micro-Vias.
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