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Concetto di foro PCB

o-leader. o-leading.com 2019-02-22 15:55:06

Concetto di strada di base

Via è uno dei componenti importanti di un PCB multistrato. Il costo della perforazione è in genere compreso tra il 30% e il 40% del costo del PCB. In poche parole, ogni foro nel PCB può essere richiamato. In termini di funzione, i vias possono essere divisi in due tipi: uno è usato come connessione elettrica tra gli strati; l'altro è usato per fissare o posizionare il dispositivo. In termini di processo, questi percorsi sono generalmente divisi in tre categorie, ovvero strade cieche, strade sotterranee e strade. Le strade cieche si trovano sulle superfici superiore e inferiore della scheda di cablaggio stampato e hanno una profondità per collegare il cablaggio di superficie al cablaggio interno sottostante. La profondità dei fori di solito non supera un certo rapporto (apertura).





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Il foro sepolto si riferisce a un foro di connessione situato nello strato interno del pannello di cablaggio stampato, che non si estende alla superficie del circuito stampato. I suddetti due tipi di fori si trovano nello strato interno del circuito stampato e sono completati da un processo di formazione del foro passante prima del rotolamento e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione dei fori passanti. Il terzo tipo è chiamato foro passante e il foro passa attraverso l'intera scheda del circuito e può essere utilizzato per implementare l'interconnessione interna o come foro di montaggio per il componente. Poiché i percorsi sono più facili da implementare nel processo e costano meno, la maggior parte dei circuiti stampati la utilizzano senza la necessità di altri due percorsi. I fori passanti descritti di seguito sono considerati fori passanti se non diversamente specificato.


Dal punto di vista del design, un percorso consiste principalmente di due parti, una è un buco nel mezzo e l'altra è un'area attorno al buco. La dimensione di queste due parti determina la dimensione delle strade. Ovviamente, nella progettazione di PCB ad alta velocità e alta densità, il progettista spera sempre che più piccolo è il modo, meglio è, in modo che più spazio sul cablaggio possa essere lasciato sulla scheda. Inoltre, il percorso, la capacità parassitaria, è inferiore. Più piccolo, più adatto per circuiti ad alta velocità. Tuttavia, la riduzione della dimensione del foro comporta anche un aumento dei costi e la dimensione del buco nella strada non può essere ridotta indefinitamente. È limitato dalle tecniche di processo come la foratura e la placcatura: più piccolo è il foro, più piccolo è il trapano Più lunga è la buca, più è facile deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro, non vi è alcuna garanzia che la parete del foro possa essere placcata in modo uniforme con il rame. Ad esempio, se un normale PCB a 6 strati ha uno spessore (profondità del foro passante) di 50Mil.


Pertanto, in condizioni normali, i produttori di PCB possono fornire un diametro minimo di 8Mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, le dimensioni dei fori possono essere persino più piccole e più piccole. Generalmente, il foro di passaggio con un diametro di 6 miglia o meno è chiamato un micro foro. I micropori sono spesso utilizzati nei progetti HDI (High Density Interconnect Structure), che consentono ai vias di essere posizionati direttamente sui pad (via-in-pad), migliorando notevolmente le prestazioni del circuito e risparmiando spazio nel cablaggio.

   


I vias appaiono come breakpoint discontinui sulla linea di trasmissione, causando riflessi nel segnale. Generalmente, l'impedenza equivalente di un percorso è inferiore di circa il 12% rispetto a quella di una linea di trasmissione. Ad esempio, una linea di trasmissione da 50 ohm viene ridotta di 6 ohm quando attraversa una strada (in particolare, la dimensione della strada è anche correlata allo spessore della strada, non una diminuzione assoluta). Tuttavia, il riflesso del foro passante dovuto alla discontinuità di impedenza è in realtà molto piccolo e il suo coefficiente di riflessione è solo: (44-50) / (44 + 50) = 0,06. Il problema del foro di via è più concentrato sulla capacità parassita e sull'induttanza. Impact.





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Via capacità parassita e induttanza


Lo stesso buco nella strada ha una capacità parassitaria parassitaria. Se il diametro del foro passante del foro passante sullo strato di base è noto per essere D2, il diametro del tampone è D1, lo spessore del PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda. Per ε, la vitalità parassitaria è simile a:C = 1.41εTD1 / (D2-D1)


L'effetto principale della capacità parassita del percorso sul circuito è di estendere il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50Mil, se il diametro del pad è 20Mil (il diametro del foro è 10Mils) e il diametro della maschera di saldatura è 40Mil, possiamo approssimare il foro usando la formula sopra. La capacità parassitaria è approssimativamente:

C = 1,41x4,4x0,050x0,020 / (0,040-0,020) = 0,31 pF

L'ammontare del tempo di salita causato da questa parte della capacità è approssimativamente:

T10-90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps


Da questi valori si può notare che, sebbene l'effetto dell'aumento e del ritardo causato dalla capacità parassita di un singolo percorso non sia ovvio, se il percorso viene utilizzato più volte nella traccia per il passaggio tra i due strati, multipli. , il design deve essere attentamente considerato. Nel progetto attuale, la capacità parassita può essere ridotta aumentando la distanza tra il pad di rame e il modo (Anti-pad) o riducendo il diametro del pad.


L'induttanza parassitaria esiste nel buco della strada e c'è induttanza parassita. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, l'induttanza parassita del foro passante è spesso più dannosa della capacità parassita. La sua induttanza serie parassita indebolisce il contributo del condensatore di bypass e riduce l'efficienza di filtraggio dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo semplicemente calcolare l'induttanza parassita di una via di approssimazione usando la seguente formula empirica:

L = 5,08h [ln (4h / d) +1]


Dove L è l'induttanza del modo, h è la lunghezza del cammino, e d è il diametro del foro centrale. Dall'equazione si può notare che il diametro della via ha meno influenza sull'induttanza e la maggiore influenza sull'induttanza è la lunghezza della via. Sempre utilizzando l'esempio precedente, l'induttanza stradale può essere calcolata come:

L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) +1] = 1.015nH





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Se il tempo di salita del segnale è 1 ns, l'impedenza equivalente è: XL = πL / T10 - 90 = 3,19 Ω. Questa impedenza non può essere ignorata in presenza di corrente ad alta frequenza. È importante notare che il condensatore di bypass deve passare attraverso due vie quando si collegano lo strato di alimentazione e il piano di massa, in modo che l'induttanza parassita della via venga moltiplicata.

Come usare vias


Attraverso l'analisi precedente delle caratteristiche parassitarie di vias, possiamo vedere che nella progettazione di PCB ad alta velocità, i vias apparentemente semplici hanno spesso un grande effetto negativo sul design del circuito. Al fine di ridurre gli effetti avversi degli effetti parassiti di Vias, è possibile fare quanto più possibile nella progettazione:


A Considerare le dimensioni delle strade di dimensioni ragionevoli in termini di costi e qualità del segnale. Se necessario, prendere in considerazione l'utilizzo di diverse dimensioni di vias. Ad esempio, per percorsi di alimentazione o di messa a terra, considerare l'uso di dimensioni maggiori per ridurre l'impedenza, mentre per le tracce di segnale, utilizzare percorsi più piccoli. Ovviamente, man mano che la dimensione della strada diminuisce, il costo corrispondente aumenta.


B Le due formule sopra discusse si possono concludere che l'uso di un PCB più sottile aiuterà a ridurre i due parametri parassiti del percorso.


Le tracce del segnale sul PCB C non devono essere modificate il più possibile, vale a dire, provare a non utilizzare vias inutili.


D I pin di alimentazione e di messa a terra devono essere realizzati vicino al foro e il cavo tra la direzione e il pin deve essere il più corto possibile. Più percorsi possono essere considerati in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.


E Posizionare alcuni percorsi di messa a terra vicino ai percorsi del livello di cambio del segnale per fornire il loop del segnale più recente. È persino possibile posizionare alcuni modi extra-terra sul PCB.


F Per schede PCB ad alta densità e alta densità, considerare l'utilizzo di micro vias.

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