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El agujero es uno de los componentes importantes de los PCB multicapa, y el costo de perforación suele representar entre el 30% y el 40% del costo de fabricación de los pcb. En pocas palabras, cada agujero en el PCB se puede llamar un agujero. Desde el punto de vista funcional, el paso de agujeros se puede dividir en dos categorías:
Una se utiliza para la conexión eléctrica entre capas; El otro se utiliza para fijar o localizar equipos. Técnicamente, estos agujeros se dividen generalmente en tres categorías, a saber, agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros. 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 generalmente no supera una cierta proporción (diámetro del agujero). 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. Los dos tipos de agujeros mencionados 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 varias capas interiores se pueden superponer durante la formación de agujeros a través. El tercer tipo se llama a través del agujero, que penetra en toda la placa de circuito y se puede utilizar para la interconexión interna o como componente para instalar el agujero de posicionamiento. Debido a que el agujero a través es más fácil de lograr en el proceso y es más barato, la mayoría de las placas de circuito impreso lo utilizan en lugar de los otros dos tipos de agujero a través. A menos que se especifique otra cosa, los siguientes agujeros se consideran agujeros.
Desde el punto de vista del diseño, el agujero a través consta principalmente de dos partes, una es la perforación en el Centro y la otra es el área de revestimiento alrededor de la perforación, como se muestra en la siguiente imagen. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño del agujero. Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, los diseñadores siempre quieren que el agujero sea lo más pequeño posible, lo que puede dejar más espacio de cableado en la placa. Además, cuanto menor sea el agujero, menor será su propia capacidad parasitaria. Cuanto más pequeño sea, más adecuado será para circuitos de alta velocidad. Sin embargo, la reducción del tamaño del agujero también trae consigo un aumento de los costos, y el tamaño del agujero no se puede reducir indefinidamente. Está limitado por técnicas de proceso como la perforación y la galvanoplastia: cuanto más pequeña es la perforación, más se perfora. cuanto más tiempo se perfora, más fácil es desviarse de la posición central; Y cuando la profundidad del agujero supera las seis veces el diámetro del agujero, no se puede garantizar que la pared del agujero pueda ser cubierta de cobre uniformemente. Por ejemplo, el grosor (profundidad del agujero) de una placa de PCB ordinaria de 6 capas es de unos 50 milímetros, por lo que el diámetro mínimo de perforación que puede proporcionar el fabricante de PCB solo puede alcanzar los 8 milímetros.
En segundo lugar, los condensadores parasitarios a través del agujero tienen condensadores parasitarios al suelo a través del agujero en sí. Si se sabe que el diámetro del agujero de aislamiento en la formación de conexión a través del agujero es d2, el diámetro de la soldadura a través del agujero es D1 y el espesor de la placa de PCB es t, la constante dieléctrica del sustrato de la placa es, La capacidad parasitaria a través del agujero es de aproximadamente: C = 1,41 μtd1 / (d2 - d1) el principal impacto de la capacidad 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 un PCB de 50 milímetros de espesor, si se utiliza un agujero de 10 milímetros de diámetro interior, un diámetro de la almohadilla de 20 milímetros y la distancia entre la almohadilla y la zona de cobre de tierra es de 32 milímetros, entonces podemos usar la fórmula anterior para aproximar el agujero. la capacidad parasitaria es aproximadamente C = 141x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0020) = 0517 pf, Las variaciones en el tiempo de subida causadas por esta parte de la capacidad son: T10 - 90 = 2,2c (z0 / 2) = 2,2x0.517x (55 / 2) = 31,28 ps. a partir de estos valores, se puede ver que aunque el efecto del retraso de subida causado por la capacidad parasitaria de un solo agujero no es obvio, el diseñador debe considerar cuidadosamente Si el agujero se utiliza varias veces en el rastro para cambiar entre capas.
3. la inducción parasitaria a través del agujero es similar, hay una inducción parasitaria y un capacitor parasitario en el agujero. 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 la capacidad parasitaria. Su inductor de serie parasitario debilitará la contribución del condensadores de derivación y debilitará el efecto de filtrado de todo el sistema eléctrico. Podemos calcular simplemente la inducción parasitaria aproximada del agujero con la siguiente fórmula: L = 5,08h [ln (4h / d) + 1] donde l es la inducción del agujero, H es la longitud del agujero y D es el diámetro central del agujero. 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. Utilizando aún el ejemplo anterior, la inducción a través del agujero se puede calcular como: L = 5,08x0.050 [ln (4x0.050 / 0010) + 1] = 1015nh. si el tiempo de subida de la señal es de 1ns, su resistencia equivalente es: XL = Íl / T10 - 90 = 3,19. esta resistencia ya no se ignora cuando pasa la corriente de alta frecuencia. Se debe prestar especial atención a que al conectar el plano de alimentación y el plano de tierra, el condensadores de derivación deben pasar por dos agujeros, de modo que la inducción parasitaria del agujero aumentará exponencialmente.
4. 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. Efecto Para reducir los efectos adversos causados por los efectos parasitarios del agujero, se pueden realizar las siguientes operaciones en el diseño:
1. teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, elija un tamaño razonable a través del tamaño. Por ejemplo, para el diseño de PCB de módulos de memoria de 6 - 10 capas, es mejor usar 10 / 20 mils (perforación / almohadilla) para pasar el agujero. Para algunas placas de tamaño pequeño de alta densidad, también puede intentar usar 8 / 18 mils. Hoyos En las condiciones técnicas actuales, es difícil utilizar agujeros más pequeños. 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. las dos fórmulas discutidas anteriormente permiten concluir que el uso de un PCB más delgado favorece la reducción de dos parámetros parasitarios a través del agujero.
3. trate de no cambiar el número de capas de rastros de señal en el tablero de pcb, es decir, trate de no usar agujeros innecesarios.
4. la fuente de alimentación y los pines de tierra deben perforarse cerca, y los cables entre los agujeros y los pines deben ser lo más cortos posible, ya que aumentan la inducción. Al mismo tiempo, la fuente de alimentación y los cables de tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la resistencia.
5. coloque algunos agujeros a través de tierra cerca de los agujeros a través de la capa de señal para proporcionar el circuito más cercano a la señal. Incluso se puede colocar un gran número de agujeros de tierra redundantes en la placa de pcb.
Por supuesto, el diseño de los PCB requiere flexibilidad. El modelo de paso de agujeros discutido anteriormente es cuando hay almohadillas en cada capa. A veces, podemos reducir o incluso eliminar las almohadillas de ciertas capas. Especialmente cuando la densidad del agujero cruzado es muy alta, puede causar ranuras de ruptura que forman anillos de separación en la capa de cobre. Para resolver este problema, además de mover la posición del agujero, también podemos considerar colocar el agujero en la capa de cobre. El tamaño de la almohadilla se reduce.
