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Tecnología de PCB

Tecnología de PCB - Algunas consideraciones para el diseño de agujeros de PCB HDI de alta velocidad

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Tecnología de PCB - Algunas consideraciones para el diseño de agujeros de PCB HDI de alta velocidad

Algunas consideraciones para el diseño de agujeros de PCB HDI de alta velocidad

2021-09-14
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Author:Belle

En el diseño de PCB HDI de alta velocidad, el diseño de agujeros es un factor importante. Consta de un agujero, un área de almohadilla alrededor del agujero y un área de aislamiento de la capa de potencia, que generalmente se divide en tres tipos: agujero ciego, agujero enterrado y agujero a través. En el proceso de diseño de pcb, a través del análisis de condensadores parasitarios e inductores parasitarios a través de agujeros, se resumen algunas precauciones en el diseño de agujeros de PCB de alta velocidad.


En la actualidad, el diseño de PCB de alta velocidad es ampliamente utilizado en comunicaciones, computadoras, procesamiento de imágenes gráficas y otros campos. Todos los productos electrónicos de alto valor agregado de alta tecnología están diseñados para perseguir las características de bajo consumo de energía, baja radiación electromagnética, alta fiabilidad, miniaturización y peso ligero. Para lograr los objetivos anteriores, el diseño de agujeros es un factor importante en el diseño de PCB de alta velocidad.

1. aprobación

El agujero es un factor importante en el diseño de PCB multicapa. El agujero se compone principalmente de tres partes, una parte es el agujero; La otra es el área de la plataforma alrededor del agujero; La tercera es la zona de cuarentena de la capa de poder. El proceso de paso a través del agujero consiste en recubrir una capa de metal depositada químicamente en una superficie cilíndrica de la pared del agujero a través del agujero, conectando la lámina de cobre que necesita ser conectada a la capa intermedia y haciendo almohadillas ordinarias en los lados superior e inferior del agujero. la forma se puede conectar directamente a las líneas En los lados superior e inferior o no. Los agujeros a través pueden actuar como dispositivos de conexión eléctrica, fijación o posicionamiento. El diagrama esquemático del agujero se muestra en la figura 1.

Diagrama esquemático del agujero


PCB HDI de alta velocidad

Los agujeros se dividen generalmente en tres categorías: agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros a través.

Los agujeros ciegos se encuentran en la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen cierta profundidad. Se utilizan para conectar líneas superficiales con líneas internas inferiores. La profundidad del agujero y el diámetro del agujero generalmente no superan una cierta proporción.


Los agujeros enterrados se refieren a los agujeros de conexión ubicados en la capa interior de la placa de circuito impreso y no se extienden a la superficie de la placa de circuito.

Tanto los agujeros ciegos como los enterrados se encuentran en la capa interior de la placa de circuito y se completan mediante un proceso de formación de agujeros a través antes de la laminación, y durante la formación de los agujeros a través, varias capas interiores pueden superponerse.


Los agujeros a través de toda la placa de circuito se pueden utilizar para la interconexión interna o como agujeros de posicionamiento para el montaje de componentes. Debido a que los agujeros a través son más fáciles de lograr en el proceso y de menor costo, generalmente las placas de circuito impreso utilizan agujeros a través. La clasificación de los agujeros se muestra en la figura 2.

Clasificación de los agujeros


PCB HDI de alta velocidad

2. condensadores parasitarios a través de agujeros

El propio agujero tiene un capacitor parasitario al suelo. Si el diámetro del agujero de aislamiento en la formación de contacto del agujero es d2, el diámetro de la almohadilla del agujero es d1, el espesor del PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es la isla, la capacidad parasitaria del agujero es similar a:

C = 1,41 isla td1 / (d2 - d1)


El principal impacto de los condensadores parasitarios a través del agujero en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Cuanto menor sea el valor de la capacidad, menor será el efecto.


3. inductores parasitarios a través del agujero

El agujero en sí tiene una inducción parasitaria. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inducción parasitaria a través del agujero es a menudo mayor que el impacto de los condensadores parasitarios. La inducción de serie parasitaria a través del agujero debilitará la función del condensadores de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Si L indica la inducción del agujero, H es la longitud del agujero y D es el diámetro del agujero central,


La inducción parasitaria a través del agujero es similar a:

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

A partir de la fórmula, se puede ver que el diámetro del agujero tiene un menor impacto en la inducción, mientras que la longitud del agujero tiene el mayor impacto en la inducción.

4. tecnologías no conectadas


Los agujeros no penetrantes incluyen agujeros ciegos y agujeros enterrados.

En la tecnología de paso no penetrante, la aplicación de paso ciego y paso enterrado puede reducir en gran medida el tamaño y la calidad de los pcb, reducir el número de capas, mejorar la compatibilidad electromagnética, aumentar las características de los productos electrónicos, reducir costos y hacer que el trabajo de diseño sea más simple y rápido. En el diseño y procesamiento tradicional de pcb, los agujeros a través traerán muchos problemas. En primer lugar, ocupan una gran cantidad de espacio efectivo, y en segundo lugar, un gran número de agujeros a través están densamente concentrados en un solo lugar, lo que también crea enormes obstáculos para el cableado interno de PCB multicapa. Estos agujeros ocupan el espacio necesario para el cableado y pasan intensamente por la fuente de alimentación y la tierra. La superficie de la capa de alambre también destruirá las características de resistencia de la capa de alambre de tierra de la fuente de alimentación, lo que hará que la capa de alambre de tierra de la fuente de alimentación falle. El método tradicional de perforación mecánica será 20 veces mayor que la carga de trabajo de la tecnología de agujeros no perforantes.


En el diseño de pcb, aunque el tamaño de la almohadilla y el agujero se ha reducido gradualmente, si el espesor de la capa de la placa se reduce desproporcionadamente, la relación de aspecto del agujero aumentará y el aumento de la relación de aspecto del agujero reducirá la fiabilidad. Con la madurez de la tecnología avanzada de perforación láser y la tecnología de grabado en seco de plasma, es posible aplicar pequeños agujeros ciegos no penetrantes y pequeños agujeros enterrados. Si el diámetro de estos agujeros no penetrantes es de 0,3 mm, el parámetro parasitario será aproximadamente 1 / 10 del agujero convencional original, lo que mejora la fiabilidad del pcb.


Debido a la tecnología de paso no penetrante, hay pocos grandes agujeros en los pcb, lo que puede proporcionar más espacio de cableado. El espacio restante se puede utilizar para el blindaje a gran escala para mejorar el rendimiento EMI / rfi. Al mismo tiempo, la capa Interior también puede utilizar más espacio restante para bloquear parcialmente el equipo y los cables de red clave para que tengan el mejor rendimiento eléctrico. El uso de agujeros no a través facilita el abanico de los pines de los dispositivos, facilita el cableado de los dispositivos de pin de alta densidad, como los dispositivos encapsulados bga, acorta la longitud del cableado y cumple con los requisitos de cronología de los circuitos de alta velocidad.


5. selección de agujeros en los PCB ordinarios

En el diseño ordinario de pcb, la influencia de los condensadores parasitarios e inductores parasitarios a través de los agujeros en el diseño de PCB es muy pequeña. Para el diseño de PCB de 1 - 4 capas, 0,36 mm / 0,61 mm / 1,02 mm (generalmente se utilizan zonas de perforación / soldadura / potencia) Las botellas pequeñas son mejores. Para las líneas de señal con requisitos especiales (como líneas de alimentación, líneas de tierra, líneas de reloj, etc.), se puede seleccionar un agujero de 0,41 mm / 0,81 mm / 1,32 mm, o se pueden utilizar otros tamaños de agujeros de acuerdo con la situación real.


6. diseño de agujeros en PCB de alta velocidad

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


(1) elija un tamaño razonable del agujero. Para el diseño de PCB de densidad universal de varias capas, es mejor usar 0,25 mm / 0,51 mm / 0,91 mm (perforación / almohadilla / zona de aislamiento de potencia) para pasar el agujero; Para algunos PCB de alta densidad, 0,20 mm / 0,46 también se puede usar mm / 0,86 mm para pasar el agujero, o se puede intentar pasar el agujero sin pasar; Para la fuente de alimentación o el agujero de tierra, se puede considerar el uso de un tamaño más grande para reducir la resistencia;


(2) teniendo en cuenta la densidad de agujeros en el pcb, cuanto mayor sea el área de aislamiento de potencia, mejor, generalmente D1 = d20.41;

(3) los rastros de señal en el PCB no deben cambiarse tanto como sea posible, lo que significa que los agujeros deben reducirse en la medida de lo posible;

(4) el uso de PCB más delgados favorece la reducción de dos parámetros parasitarios a través del agujero;


(5) la fuente de alimentación y los pines de tierra deben fabricarse a través de agujeros cercanos. Cuanto más corto sea el cable entre el agujero y el pin, mejor, porque aumentarán la inducción. Al mismo tiempo, la fuente de alimentación y el cable de tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia;

(6) coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros a través de la capa de cambio de señal para proporcionar un circuito de corta distancia para la señal.


Por supuesto, los problemas específicos deben analizarse en detalle en el momento del diseño. Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, en el diseño de PCB de alta velocidad, los diseñadores siempre quieren que cuanto más pequeño sea el agujero, mejor, lo que puede dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto menor sea el agujero, menor será su propia capacidad parasitaria, más adecuada será para circuitos de alta velocidad.


En el diseño de PCB de alta densidad, el uso de agujeros no perforantes y la reducción del tamaño de los agujeros también traen un aumento de costos, y el tamaño de los agujeros no se puede reducir infinitamente. Se ve afectado por los procesos de perforación y galvanoplastia de los fabricantes de pcb. Al diseñar el paso de PCB de alta velocidad, se deben considerar las limitaciones técnicas de manera equilibrada.