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Blog de PCB - Cómo evitar el impacto negativo del agujero en el diseño de la placa de circuito impreso de alta velocidad

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Cómo evitar el impacto negativo del agujero en el diseño de la placa de circuito impreso de alta velocidad

2022-10-10
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Author:iPCB

1. conceptos básicos de los agujeros

El agujero es Tablero de PCB multicapa, Los costos de perforación suelen representar entre el 30% y el 40% de los costos de fabricación de pcb.. En resumen, Cada agujero en el PCB se puede llamar a través del agujero.. Desde el punto de vista funcional, Los agujeros a través se pueden dividir en dos categorías: una se utiliza como conexión eléctrica entre capas; Segundo, Para fijar o localizar equipos. Aspectos tecnológicos, Estos agujeros suelen dividirse en tres categorías., Es decir, el agujero ciego, Agujeros enterrados y a través de agujeros. Los agujeros ciegos se encuentran en la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso., Y tiene cierta profundidad. Para conectar líneas de superficie y líneas interiores inferiores. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). Los agujeros enterrados se refieren a los agujeros de conexión ubicados en la capa interior de la placa de circuito impreso., No se extiende a la superficie de la placa de circuito impreso. Los dos tipos de agujeros anteriores se encuentran en la capa interior de la placa de circuito.. Antes de laminar, El proceso de formación del agujero se utiliza para completar el agujero.. Durante la formación del agujero, Varias capas interiores se pueden superponer. El tercero se llama a través del agujero., Atraviesa toda la placa de circuito y puede usarse para interconexiones internas o como agujeros de montaje y posicionamiento de componentes.. Porque los agujeros a través son técnicamente más fáciles de lograr y más baratos, La mayoría de las placas de circuito impreso lo usan en lugar de los otros dos a través de agujeros.. A través del agujero inferior, Salvo que se disponga otra cosa, Se considera un agujero. Desde el punto de vista del diseño, El paso del agujero se compone principalmente de dos partes: una parte es la perforación intermedia, La otra es la zona de revestimiento alrededor de la perforación.. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero.. Obviamente, Al diseñar alta velocidad y alta densidad Tablero de PCB, Los diseñadores siempre quieren que el agujero sea más pequeño., Cuanto mejor, De esta manera se puede dejar más espacio de cableado en el tablero. Además, Cuanto más pequeño sea el agujero, más pequeño será el agujero., Cuanto menor sea su capacidad parasitaria, Más adecuado para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, La reducción del tamaño del agujero también aumentará el costo., Y el tamaño del agujero no se puede reducir infinitamente. Está limitado por técnicas de perforación y galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, Cuanto más tiempo dure la perforación, Y cuanto más fácil sea desviarse del centro; Cuando la profundidad de perforación supera 6 veces el diámetro de la perforación, Es imposible garantizar que la pared del agujero esté uniformemente cubierta de cobre.. Por ejemplo, if the thickness (through-hole depth) of a normal 6-layer PCB is 50Mil, Luego en condiciones normales, El diámetro del agujero proporcionado por el fabricante de PCB solo puede alcanzar los 8 mils.. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, El tamaño de la perforación también puede ser cada vez más pequeño. Habitualmente, Los poros con un diámetro inferior o igual a 6 milímetros se llaman microporos.. Microholes are often used in HDI (high-density interconnection structure) design. La tecnología microporosa permite el estampado directo de agujeros a través de almohadillas, Esto mejora considerablemente el rendimiento del circuito y ahorra espacio para el cableado.. El agujero a través de la línea de transmisión se manifiesta como un punto de interrupción con resistencia discontinua., Esto provocará un reflejo de la señal. Habitualmente, La resistencia equivalente del agujero es aproximadamente un 12% menor que la resistencia equivalente de la línea de transmisión.. Por ejemplo, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohm when it passes through the vias (specifically related to the size of the vias and the thickness of the plates, not the reduction). Sin embargo, El reflejo causado por la resistencia discontinua del agujero es en realidad muy pequeño., and its reflection coefficient is only (44-50)/(44+50)=0.06. Los problemas causados por los agujeros se centran más en la influencia de los condensadores parasitarios y los inductores..


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2. condensadores parasitarios e inductores a través del agujero

Hay condensadores parasitarios en el propio agujero. Si se sabe que el diámetro de la zona de máscara de soldadura a través del agujero en el suelo es d2, el diámetro de la almohadilla a través del agujero es d1, el espesor del PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es mu, Luego, la capacidad parasitaria del agujero a través es de aproximadamente C = 1,41 mu. la capacidad del agujero a través de td1 / (d2 - d1) afecta principalmente al circuito extendiendo el tiempo de subida de la señal y reduciendo la velocidad del circuito. Por ejemplo, para un PCB de 50 milímetros de espesor, si el diámetro de la almohadilla a través del agujero es de 20 milímetros (el diámetro de perforación es de 10 milímetros) y el diámetro de la zona de máscara de soldadura es de 40 milímetros, Podemos calcular aproximadamente la capacidad parasitaria del agujero a través de la fórmula anterior: C = 141x4,4 x 0050 x 0020 / (0040 - 0020) = 031pf. la variación del tiempo de subida causada por esta parte de la capacidad es de 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 retraso en el ascenso causado por la capacidad parasitaria de un solo agujero no es obvio, si se utilizan varios agujeros para el cambio entre capas en el cableado, se utilizarán varios agujeros, lo que debe considerarse cuidadosamente en el diseño. En el diseño real, la capacidad parasitaria se puede reducir aumentando la distancia entre el agujero a través y la zona cubierta de cobre o reduciendo el diámetro de la almohadilla. Hay condensadores parasitarios e inductores en el agujero. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, la inducción parasitaria a través del agujero a menudo trae mayores daños que la capacidad parasitaria. Su inductor de serie parasitario debilitará la contribución del condensadores de derivación y el efecto de filtrado de todo el sistema de suministro de energía. Podemos calcular simplemente la inducción parasitaria aproximada del agujero a través utilizando la siguiente fórmula empírica: L = 5,08h [ln (4h / d) + 1], donde l es la inducción del agujero a través, H es la longitud del agujero a través y D es el diámetro del agujero central. Como se puede ver en la fórmula, el diámetro del agujero a través tiene un pequeño impacto en la inducción, mientras que la longitud del agujero a través tiene poco impacto en la inducción. Utilizando el ejemplo anterior, se puede calcular la inducción del agujero a través de: L = 5,08x0,050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1] = 1015nh si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, la resistencia equivalente es XL = L / T10 - 90 = 3,19 mu ©. Esta resistencia no se puede ignorar cuando pasa una corriente de alta frecuencia. En particular, los condensadores de derivación necesitan pasar por dos agujeros a través al conectar la capa de energía y la formación, por lo que la inducción parasitaria de los agujeros a través se multiplicará.


3. cómo usar a través del agujero

A través del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros a través, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los agujeros a través aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos causados por los efectos parasitarios de los agujeros, se pueden tomar las siguientes medidas en el diseño:

1) teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se seleccionó un tamaño razonable del agujero a través. Si es necesario, se puede considerar el uso de agujeros de diferentes tamaños. Por ejemplo, para el paso de la fuente de alimentación o el cable de tierra, se puede considerar el uso de tamaños más grandes para reducir la resistencia, mientras que para el cableado de la señal, se puede usar un paso más pequeño. Por supuesto, a medida que se reduzca el tamaño del agujero, el costo correspondiente aumentará.

2) a partir de las dos fórmulas discutidas anteriormente, se puede concluir que el uso de PCB más delgados favorece la reducción de los dos parámetros parasitarios del agujero.

3) el cableado de la señal en el PCB no debe cambiar la capa en la medida de lo posible, es decir, no debe utilizar agujeros innecesarios en la medida de lo posible.

4) los pines de la fuente de alimentación y el suelo deben perforarse cerca, y los cables entre los agujeros a través y los pines deben ser lo más cortos posible. Se pueden perforar varios agujeros en paralelo para reducir la inducción equivalente.

5) colocar algunos agujeros a través del suelo cerca del agujero para realizar cambios en la capa de señal, proporcionando así un circuito cercano a la señal. Incluso puede colocar algunos agujeros de tierra redundantes en el pcb.

6) For high-speed Tablero de PCB Con alta densidad, Se pueden considerar microporos.