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PCB穴のコンセプト

Oリーダー。 o-leading.com 2019-02-22 15:55:06

基本ストリートコンセプト

ビアは多層PCBの重要な構成要素の1つです。穴あけの費用は通常PCBの費用の30%から40%の間です。簡単に言えば、PCBのすべての穴を呼び出すことができます。機能的には、ビアは2つのタイプに分けられます。1つは層間の電気的接続として使用されます。もう1つは装置の固定または位置決めに使用されます。プロセスの面では、これらのルートは一般的に3つのカテゴリ、すなわち盲目の通り、地下の通りおよび通りに分けられます。ブラインドストリートは、プリント配線基板の上面と下面にあり、表面配線とその下にある内部配線を接続するための深さがあります。穴の深さは通常一定の比率(開口部)を超えない。





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埋め込み孔とは、プリント配線パネルの内層に位置し、プリント回路の表面まで延在していない接続孔を指す。上述した2種類の孔は、印刷回路の内層に位置し、圧延前に貫通孔を形成するプロセスによって完成し、貫通孔の形成中にいくつかの内層を重ね合わせることができる。 3番目のタイプはスルーホールと呼ばれ、このホールは回路基板全体を貫通しており、内部相互接続を実装するために使用することも、コンポーネントの取り付け穴として使用することもできます。これらの経路は工程内で実施するのがより簡単でありそして費用がより少ないので、大部分の印刷回路板はさらに2つの経路を必要とせずにそれを使用する。以下で説明されるスルーホールは、特に指定のない限りスルーホールと見なされます。


デザインの観点からは、パスは主に2つの部分で構成されます。1つは中央の穴、もう1つは穴の周囲の領域です。これら2つの部分のサイズによって、通りのサイズが決まります。明らかに、高速および高密度PCBの設計において、設計者は常に、配線上のスペースをボード上に残すことができるように、道が狭ければ狭いほどよいことを望んでいます。さらに、パス、寄生容量、が少なくなります。小型で高速回路に適しています。しかしながら、穴の大きさを小さくすることはまたコストの増加を伴い、そして通りの穴の大きさは無制限に小さくすることはできない。穴あけやメッキなどの加工技術によって制限されます。穴が小さければ小さいほど、ドリルは小さくなります。穴が長ければ長いほど、中央の位置から逸脱するのは簡単です。孔の深さが孔の直径の6倍を超えると、孔の壁を銅で均一にメッキすることができるという保証はない。例えば、通常の6層PCBの厚さ(スルーホール深さ)が50ミルの場合です。


したがって、通常の条件下では、PCBメーカーは最小直径8ミルを提供できます。レーザー穴あけ技術の発展に伴い、穴のサイズはさらに小さくなっています。一般的に直径6マイル以下の通過孔は微小孔と呼ばれています。マイクロポアはHDI(高密度相互接続構造)設計でよく使用されます。これにより、ビアをパッド上に直接配置することができ(Via-in-pad)、回路性能が大幅に向上し、ケーブル配線のスペースが節約されます。

   


ビアは伝送線路上に不連続なブレークポイントとして現れ、信号に反射を引き起こします。一般に、1つの経路の等価インピーダンスは、伝送線路の等価インピーダンスより約12%低くなります。たとえば、50オームの伝送ラインは、通りを通過するときに6オーム減少します(特に、通りのサイズは通りの太さにも関係します。絶対的な減少ではありません)。しかしながら、インピーダンス不連続性によるスルーホールの反射は実際には非常に小さく、その反射係数は(44−50)/(44 + 50)= 0.06に過ぎない。ビアホールの問題は、寄生容量とインダクタンスに集中しています。影響。





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寄生容量とインダクタンスを介して


通りの同じ穴には寄生寄生容量があります。ベース層上のスルーホールのスルーホールの直径がD2であることが知られている場合、離れたパッドの直径はD1であり、PCBの厚さはTであり、基板の基板の誘電率はTである。 εの場合、寄生生存率は次のようになります。C = 1.41εTD1 /(D2 − D1)


回路上の経路の寄生容量の主な影響は、信号の立ち上がり時間を延ばし、回路速度を低下させることです。例えば、厚さが50ミルのPCBの場合、離れたパッドの直径が20ミル(穴の直径が10ミル)で、溶接マスクの直径が40ミルの場合、上記の式を使用して穴を近似できます。寄生容量は次のとおりです。

C = 1.41x4.4x0.050x0.020 /(0.040-0.020)= 0.31pF

容量のこの部分によって生じる立ち上がり時間は、およそ次のとおりです。

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


これらの値から、単一の経路の寄生容量によって引き起こされる増加および遅延の影響は明らかではないが、経路が経路間で2つの経路の間を数回使用される場合には明らかである。レイヤー、複数。 、デザインは慎重に検討する必要があります。現在の設計では、寄生容量は、銅パッドと配線の間の距離を長くする(Anti-pad)ことによって、またはパッドの直径を小さくすることによって減らすことができます。


寄生インダクタンスはストリートホールに存在し、寄生インダクタンスがあります。高速デジタル回路の設計において、スルーホールの寄生インダクタンスはしばしば寄生容量よりも有害です。その寄生直列インダクタンスは、バイパスコンデンサの寄与を弱め、給電システム全体のフィルタリング効率を低下させます。次の経験式を使って近似経路の寄生インダクタンスを簡単に計算できます。

L = 5.08h [1n(4h / d)+1]


ここで、Lは通路のインダクタンス、hは通路の長さ、dは中央の穴の直径です。この式から、経路の直径はインダクタンスに与える影響が少なく、インダクタンスに与える影響が大きい方が経路の長さであることがわかります。前の例を使用しても、ストリートインダクタンスは次のように計算できます。

L = 5.08×0.050 [ln(4×0.050 / 0.010)+1] = 1.015nH





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信号の立ち上がり時間が1 nsの場合、等価インピーダンスは次のとおりです。XL =πL/ T10 - 90 = 3.19Ω。高周波電流が存在する場合、このインピーダンスは無視できません。電源層とグランドプレーンを接続するとき、バイパスコンデンサは2つのビアを通過する必要があるため、経路の寄生インダクタンスが倍増することに注意することが重要です。

ビアの使い方


ビアの寄生特性の上記の分析を通じて、高速PCBの設計では、一見単純なビアが回路の設計に大きな悪影響を及ぼすことが多いことがわかります。ビア寄生効果の悪影響を軽減するために、設計においてできるだけ多くのことを行うことが可能です。


Aコストと信号品質の観点から妥当なサイズの通りのサイズを検討してください。必要に応じて、異なるサイズのビアを使用することを検討してください。たとえば、電源経路またはグランド経路ではインピーダンスを下げるために大きな寸法を使用することを検討し、信号トレースでは小さな経路を使用します。明らかに、通りの大きさが減少するにつれて、対応する費用は増加します。


B上記の2つの式は、より薄いPCBを使用すると配線の2つの寄生パラメータを減らすのに役立つと結論付けることができます。


PCB C上の信号トレースはできるだけ変更しないでください。つまり、不要なビアを使用しないようにしてください。


D電源ピンと接地ピンは穴の近くに作成し、ウェイとピンの間のケーブルはできるだけ短くする必要があります。等価インダクタンスを減らすために、より多くの経路を並列に検討することができます。


Eいくつかの接地経路を信号変化レベル経路の近くに配置して、最新の信号ループを提供します。 PCB上にいくつかの地球外の方法を配置することも可能です。


F高密度、高密度PCBボードの場合は、マイクロビアの使用を検討してください。

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