Concepto de agujero PCB
Concepto básico de calle
Via es uno de los componentes importantes de un PCB multicapa. El costo de la perforación suele ser entre el 30% y el 40% del costo de la PCB. En pocas palabras, cada agujero en el PCB puede ser llamado lejos. En términos de función, las vías se pueden dividir en dos tipos: uno se usa como conexión eléctrica entre las capas; el otro se utiliza para arreglar o posicionar el dispositivo. En términos de proceso, estas rutas generalmente se dividen en tres categorías: calles ciegas, calles subterráneas y calles subterráneas. Las calles ciegas están ubicadas en las superficies superior e inferior del tablero de cableado impreso y tienen una profundidad para conectar el cableado de superficie al cableado interno subyacente. La profundidad de los orificios por lo general no excede una cierta proporción (apertura).
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El orificio enterrado se refiere a un orificio de conexión ubicado en la capa interna del panel de cableado impreso, que no se extiende a la superficie del circuito impreso. Los dos tipos de orificios mencionados anteriormente se ubican en la capa interna del circuito impreso y se completan mediante un proceso de formación del orificio pasante antes de rodar y varias capas internas pueden superponerse durante la formación de los orificios pasantes. El tercer tipo se llama orificio pasante y el orificio pasa a través de toda la placa del circuito y se puede usar para implementar la interconexión interna o como orificio de montaje para el componente. Dado que las rutas son más fáciles de implementar en el proceso y cuestan menos, la mayoría de las placas de circuitos impresos lo utilizan sin la necesidad de dos rutas más. Los orificios pasantes descritos a continuación se consideran orificios pasantes, a menos que se especifique lo contrario.
Desde el punto de vista del diseño, un camino consiste principalmente de dos partes, una es un agujero en el medio y la otra es un área alrededor del agujero. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño de las calles. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, el diseñador siempre espera que cuanto más pequeño sea el camino, mejor, para que quede más espacio en el cableado en la placa. Además, el camino, la capacidad parasitaria, es menor. Más pequeño, más adecuado para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, reducir el tamaño del agujero también implica un aumento en los costos, y el tamaño del agujero en la calle no se puede reducir indefinidamente. Está limitado por técnicas de proceso como taladrar y recubrir: cuanto más pequeño es el agujero, más pequeño es el taladro Cuanto más largo es el agujero, más fácil es desviarse de la posición central; y cuando la profundidad del orificio supera 6 veces el diámetro del orificio, no hay garantía de que la pared del orificio pueda recubrirse uniformemente con el cobre. Por ejemplo, si una PCB normal de 6 capas tiene un espesor (profundidad de orificio pasante) de 50Mil.
Por lo tanto, en condiciones normales, los fabricantes de PCB pueden proporcionar un diámetro mínimo de 8Mil. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, los tamaños de los orificios pueden ser cada vez más pequeños. En general, el orificio de paso con un diámetro de 6 millas o menos se denomina orificio micro. Los microporos a menudo se usan en diseños HDI (Estructura de interconexión de alta densidad), que permiten colocar vías directamente en los parches (Via-in-pad), lo que mejora considerablemente el rendimiento del circuito y ahorra espacio en el cableado.
Las vías aparecen como puntos de interrupción discontinuos en la línea de transmisión, causando reflejos en la señal. En general, la impedancia equivalente de una ruta es aproximadamente un 12% más baja que la de una línea de transmisión. Por ejemplo, una línea de transmisión de 50 ohmios se reduce en 6 ohmios cuando pasa por una calle (en particular, el tamaño de la calle también está relacionado con el grosor de la calle, no con una disminución absoluta). Sin embargo, la reflexión del orificio pasante debido a la discontinuidad de la impedancia es en realidad muy pequeña y su coeficiente de reflexión es solo: (44-50) / (44 + 50) = 0.06. El problema del orificio de vía está más concentrado en la capacitancia y la inductancia parásitas. Impacto.
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Vía capacitancia e inductancia parasitaria.
El mismo hoyo en la calle tiene una capacidad parasitaria parasitaria. Si se sabe que el diámetro del orificio pasante del orificio pasante en la capa base es D2, el diámetro de la almohadilla es D1, el grosor del PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa. Para ε, la viabilidad parasitaria es similar a:C = 1.41εTD1 / (D2-D1)
El principal efecto de la capacitancia parásita de la vía en el circuito es extender el tiempo de aumento de la señal y reducir la velocidad del circuito. Por ejemplo, para una PCB con un grosor de 50Mil, si el diámetro de la almohadilla es de 20Mil (el diámetro del orificio es de 10Mils) y el diámetro de la máscara de soldadura es de 40Mil, podemos aproximar el orificio utilizando la fórmula anterior. La capacidad parasitaria es de aproximadamente:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020 / (0.040-0.020) = 0.31pF
La cantidad de tiempo de subida causada por esta parte de la capacidad es aproximadamente:
T10-90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
A partir de estos valores, se puede ver que, aunque el efecto del aumento y del retardo causados por la capacidad parasitaria de un solo camino no es obvio, si el camino se usa varias veces en la pista para el paso entre los dos. capas, multiples , el diseño debe ser considerado cuidadosamente. En el diseño actual, la capacitancia parásita puede reducirse aumentando la distancia entre la almohadilla de cobre y la forma (Anti-pad) o reduciendo el diámetro de la almohadilla.
La inductancia parasitaria existe en el agujero de la calle y hay una inductancia parásita. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la inductancia parásita del orificio pasante suele ser más dañina que la capacitancia parásita. La inductancia de su serie parásita debilita la contribución del capacitor de derivación y reduce la eficiencia de filtrado de todo el sistema de alimentación. Podemos simplemente calcular la inductancia parasitaria de una ruta de aproximación usando la siguiente fórmula empírica:
L = 5.08h [ln (4h / d) +1]
Donde L es la inductancia del camino, h es la longitud del camino yd es el diámetro del orificio central. De la ecuación se puede ver que el diámetro de la manera tiene menos influencia en la inductancia y la mayor influencia en la inductancia es la longitud de la forma. Aún utilizando el ejemplo anterior, la inductancia de la calle se puede calcular como:
L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) +1] = 1.015nH
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Si el tiempo de subida de la señal es 1 ns, la impedancia equivalente es: XL = πL / T10 - 90 = 3.19 Ω. Esta impedancia no se puede ignorar en presencia de una corriente de alta frecuencia. Es importante tener en cuenta que el condensador de derivación debe pasar a través de dos vías cuando se conecta la capa de suministro y el plano de tierra, de modo que se multiplique la inductancia parásita de la vía.
Cómo usar vias
A través del análisis anterior de las características parásitas de las vías, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, las vías aparentemente simples a menudo tienen un gran efecto negativo en el diseño del circuito. Con el fin de reducir los efectos adversos de los efectos parásitos de las vías, es posible hacer todo lo posible en el diseño:
A Considere el tamaño de las calles de tamaño razonable en términos de costo y calidad de la señal. Si es necesario, considere el uso de diferentes tamaños de vías. Por ejemplo, para rutas de potencia o terrestres, considere usar dimensiones más grandes para reducir la impedancia, mientras que para trazas de señal, use rutas más pequeñas. Obviamente, a medida que disminuye el tamaño de la calle, aumenta el costo correspondiente.
B Las dos fórmulas discutidas anteriormente pueden concluirse que el uso de un PCB más delgado ayudará a reducir los dos parámetros parásitos de la ruta.
Las trazas de señal en el PCB C no deben cambiarse tanto como sea posible, es decir, tratar de no usar vías innecesarias.
D Las clavijas de alimentación y conexión a tierra deben hacerse cerca del orificio y el cable entre el pasador y la clavija debe ser lo más corto posible. Se pueden considerar más caminos en paralelo para reducir la inductancia equivalente.
E Coloque algunas rutas de conexión a tierra cerca de las rutas de nivel de cambio de señal para proporcionar el bucle de señal más reciente. Incluso es posible colocar algunas formas de tierra extra en la PCB.
F Para placas PCB de alta densidad y alta densidad, considere utilizar micro vias.
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