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Tecnología de PCB
No deje que el orificio destruya todo el tablero
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No deje que el orificio destruya todo el tablero

No deje que el orificio destruya todo el tablero

2021-09-15
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Author:Belle

A travéS del agujero PCB multicapa. Los costos de perforación suelen representar entre el 30% y el 40% de los costos de fabricación de PCB. En pocas palabras, Cada agujero en un PCB se puede llamar a través del agujero.


Desde el punto de vista funcional, los orificios pueden dividirse en dos categorías:

Used as electrical connection between layers;
Used for fixing or positioning of devices;
In terms of process, these vias are generally divided into three categories:

Blind via
Buried via
Through via
Blind hole


It is located on the top and bottom surfaces of the Placa de circuito impreso Tener cierta profundidad, Para conectar circuitos superficiales y circuitos internos subyacentes. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture).


Un agujero enterrado

Se refiere al agujero de conexión situado en la capa interna de la placa de circuito impreso, que no se extiende a la superficie de la placa de circuito. Los dos tipos de agujeros anteriores se encuentran en la capa interna de la placa de circuito y se completan mediante un proceso de formación de agujeros a través antes de la laminación, y varias capas internas pueden superponerse durante la formación de agujeros a través.


A través del agujero

Estos agujeros penetran a través de todo el tablero y pueden ser utilizados para la interconexión interna o como agujeros de localización de montaje de componentes. Debido a que el orificio es más fácil de realizar en el proceso y es más barato, la mayoría de las placas de circuitos impresos lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de orificio. A menos que se especifique otra cosa, los siguientes orificios se considerarán orificios.


Desde el punto de vista del diseño, el orificio se compone principalmente de dos partes:

Drill hole
Pad area around the drill hole
The size of these two parts determines the size of the via. Visiblemente, Alta velocidad, PCB de alta densidad Diseño, Los diseñadores siempre quieren que los agujeros sean más pequeños, Mejor, Para dejar más espacio de cableado en el tablero. Además, Cuanto más pequeño es el orificio, Mayor Capacitancia parasitaria. Pequeño, Más adecuado para circuitos de alta velocidad. Sin embargo,, La reducción del tamaño del agujero también aumenta el costo, El tamaño del orificio no puede reducirse indefinidamente. Está limitado por técnicas de perforación y galvanoplastia: cuanto más pequeño es el agujero, Cuanto más agujeros perforados, más tiempo de perforación, Cuanto más fácil es desviarse de la posición central; Cuando la profundidad del agujero es 6 veces mayor que el diámetro del agujero, No se puede garantizar el recubrimiento uniforme de cobre en la pared del agujero. Por ejemplo:, the thickness (through hole depth) of a normal 6-layer PCB Board Unos 50 millones, Por lo tanto, los fabricantes de PCB pueden proporcionar un diámetro mínimo de perforación de sólo 8 milímetros. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, El tamaño del agujero puede ser cada vez más pequeño. Normalmente, Un orificio de diámetro inferior o igual a 6 mils se llama microporosidad.. Microvias are often used in HDI (High Density Interconnect Structure) design. Microvia technology allows vias to be directly punched on the pad (Via-in-pad), Mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra espacio de cableado.


Influencia de los agujeros en la transmisión de señales: Capacitancia parasitaria e Inductancia parasitaria

El orificio aparece como un punto de interrupción de la impedancia discontinua de la línea de transmisión, lo que conduce a la reflexión de la señal. En general, la impedancia equivalente del orificio es aproximadamente un 12% inferior a la de la línea de transmisión. Por ejemplo, la Impedancia de una línea de transmisión de 50 ohmios se reduce en 6 ohmios a través del agujero (específicamente, se relaciona con el tamaño y el espesor del agujero, no con una reducción absoluta). Sin embargo, la reflexión causada por la impedancia discontinua a través del agujero es en realidad muy pequeña. El coeficiente de reflexión es sólo (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Los problemas causados por el orificio se centran más en la Capacitancia parasitaria y la Inductancia. Influencia


PCB multicapa

El orificio en sí tiene Capacitancia espuria. Si se conoce que el diámetro de la máscara de soldadura en la capa inferior a través del agujero es D2, el diámetro de la almohadilla a través del agujero es D1, el espesor de la placa de PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato es μ, la Capacitancia parasitaria a través del agujero es aproximadamente:

C = 1,41 * Isla μ * t * D1 / (D2 - D1)


El principal efecto de la Capacitancia parasitaria a través del agujero en el circuito es prolongar el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Por ejemplo, para PCB de 50 milímetros de espesor, si el diámetro de la almohadilla a través del agujero es de 20 milímetros (el diámetro del agujero es de 10 milímetros) y el diámetro de la máscara de soldadura es de 40 milímetros, podemos utilizar la fórmula anterior para calcular aproximadamente la Capacitancia parasitaria del tamaño del agujero como sigue:

C = 1,41 * 4,4 * 0050 * 0020 / (0040 - 0020) = 031pf


La variación del tiempo de subida causada por esta Capacitancia es aproximadamente la siguiente:

T10 - 90 = 2,2c (Z0 / 2) = 2,2 * 0,31 * (50 / 2) = 17,05 ps


A partir de estos valores, se puede ver que, aunque el efecto del retardo de aumento causado por la Capacitancia parasitaria de un solo orificio no es obvio, se utilizarán múltiples orificios si los orificios se utilizan varias veces en la trayectoria para cambiar entre capas. El diseño debe ser considerado cuidadosamente. En el diseño real, la Capacitancia parasitaria se puede reducir aumentando la distancia entre el orificio y la zona de cobre (almohadilla) o reduciendo el diámetro de la almohadilla.


Hay Capacitancia parasitaria e Inductancia parasitaria a través del agujero. En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño de la Inductancia parasitaria a través del agujero es a menudo mayor que el efecto de la Capacitancia parasitaria. Su Inductancia parasitaria en serie debilitará la contribución del condensador de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. La Inductancia parasitaria a través del agujero se puede calcular simplemente usando la siguiente fórmula empírica:

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


Donde l es la Inductancia a través del agujero H es la longitud a través del agujero D es el diámetro del agujero central.

De la fórmula se puede ver que el diámetro del orificio tiene poca influencia en la Inductancia, mientras que la longitud del orificio tiene la mayor influencia en la Inductancia. Utilizando el ejemplo anterior, la Inductancia del orificio puede calcularse como sigue:

L = 5,08 * 0050 * [ln (4x0050 / 0010) + 1] = 1015nh


Si el tiempo de subida de la señal es de 1 ns, su impedancia equivalente es:

XL = 2 1 L / D = 6,37 ©

Cuando la corriente de alta frecuencia pasa, esta impedancia ya no puede ser ignorada. Tenga en cuenta que cuando se conecta el plano de potencia y el plano de tierra, el condensador de derivación debe pasar a través de dos a través de agujeros para que la Inductancia parasitaria a través de los agujeros se multiplique.


Cómo usar a través del agujero

A través del análisis anterior de las características parasitarias de los agujeros, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los agujeros aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño del circuito. Con el fin de reducir los efectos adversos causados por el efecto parasitario a través del agujero, se puede diseñar tanto como sea posible: teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, se puede seleccionar un tamaño razonable del agujero. Si es necesario, considere el uso de diferentes tamaños de orificios. Por ejemplo, para el diseño de PCB del módulo de memoria de 6 - 10 capas:


Se prefiere un orificio de 10 / 20 mils (perforación / almohadilla). Para algunos tableros pequeños de alta densidad, también puede intentar perforar 8 / 18 mils. En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar un orificio más pequeño. Para el paso de la fuente de alimentación o de la tierra, se pueden considerar tamaños más grandes para reducir la impedancia. Para el seguimiento de la señal, se pueden utilizar agujeros más pequeños. Por supuesto, a medida que disminuye el tamaño del orificio, aumenta el costo correspondiente.


Las dos fórmulas anteriores pueden concluir que el uso de PCB más delgados puede ayudar a reducir los dos parámetros parasitarios del orificio.

Trate de no cambiar PCB Board, Eso es, Trate de no usar agujeros innecesarios.

Los pines de alimentación y puesta a tierra deben perforarse cerca, y los cables entre los agujeros y los pines deben ser lo más cortos posible, ya que aumentan la Inductancia. Al mismo tiempo, la fuente de alimentación y el conductor de puesta a tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia. Se considera la perforación paralela de múltiples agujeros para reducir la Inductancia equivalente.


Coloque algunos agujeros de tierra cerca de los agujeros de la capa de cambio de señal para proporcionar la ruta de retorno más cercana a la señal. Incluso puede colocar algunos agujeros de tierra redundantes en el PCB.

For high-density PCB de alta velocidad, Usted puede considerar el uso de microporos.


Por supuesto, el diseño requiere flexibilidad. El modelo de perforación discutido anteriormente es el caso de almohadillas en cada capa. A veces podemos reducir o incluso eliminar algunas capas de relleno. Especialmente cuando la densidad del orificio es muy alta, se puede formar una ranura de fractura que separa el circuito de la capa de cobre. Para resolver este problema, además de mover la posición del orificio, también podemos considerar colocar el orificio en la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla se reduce.