Технология PCB - На какие проблемы следует обратить внимание в HDI

Переперфорация является важной частью многослойной платы PCB, и стоимость бурения обычно составляет от 30% до 40% затрат на изготовление PCB. Проще говоря, каждое отверстие на панели HDI можно назвать перфорацией.

С функциональной точки зрения перфорацию можно разделить на две категории:

Электрическое соединение между слоями

Второе - это восстановление или локализация оборудования.

С технологической точки зрения эти перфорации обычно делятся на три категории: слепые перфорации, погребенные перфорации и сквозные отверстия. Слепое отверстие расположено на верхней и нижней частях печатной платы и имеет определенную глубину. Они используются для соединения поверхностных линий с внутренними линиями ниже. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (апертуры).

Под погребенным отверстием понимается соединительное отверстие, расположенное внутри печатной платы и не простирающееся до поверхности платы. Оба типа отверстий расположены во внутреннем слое монтажной платы, и они выполняются с помощью процесса образования сквозных отверстий до ламинирования, и при образовании перфорации несколько внутренних слоев могут перекрываться.

Проникающее отверстие, которое проникает через всю монтажную плату, может использоваться для внутреннего соединения или установки позиционного отверстия в качестве элемента. Поскольку сквозные отверстия легче реализовать в процессе и дешевле, большинство печатных плат используют их вместо двух других типов сквозных отверстий. Если не предусмотрено иное, следующие перфорации считаются перфорированными. С точки зрения конструкции, перфорация состоит в основном из двух частей, одна из которых представляет собой промежуточную скважину, а другая - область прокладки вокруг скважины. Размер этих двух частей определяет размер отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростных и высокоплотных HDI - панелей люди всегда хотят, чтобы чем меньше перфорация, тем лучше, чтобы на панели оставалось больше места для проводки. Кроме того, чем меньше перфорация, тем больше ее собственная паразитическая емкость. Малый размер, лучше подходит для высокоскоростных схем. Однако уменьшение размера отверстия также приводит к увеличению затрат, и размер перфорации не может быть уменьшен бесконечно. Он ограничен такими технологическими методами, как бурение и гальваническое покрытие: чем меньше отверстие, тем длиннее время бурения, тем легче отклониться от центрального положения; И когда глубина отверстия превышает диаметр отверстия в 6 раз, нет гарантии, что стенка отверстия будет равномерно покрыта медью. Например, если толщина нормальной 6 - слойной PCB - пластины (глубина отверстия) составляет 50 миль, то при нормальных условиях диаметр отверстия, которое может предоставить производитель PCB, может достигать только 8 миль. С развитием технологии лазерного бурения размер отверстия может становиться все меньше и меньше. Обычно перфорации диаметром менее 6 миль или меньше называются микроотверстиями. Перепористость обычно используется при проектировании HDI (структура межсоединений высокой плотности). Технология Microvia позволяет прямое штампование перфорации на сварном диске (перфорация в сварном диске), что значительно повышает производительность схемы и экономит пространство для проводки. Перепористость проявляется на линии передачи как точка останова с разрывом сопротивления, что приводит к отражению сигнала. Как правило, эквивалентное сопротивление перфорации примерно на 12% ниже, чем эквивалентное сопротивление линии передачи. Например, сопротивление линии передачи 50 Ом уменьшается на 6 Ом при прохождении через отверстие (в частности, это связано с размером и толщиной отверстия, а не с уменьшением). Однако отражение сквозного отверстия, вызванное разрывом сопротивления, на самом деле очень мало, и коэффициент отражения составляет только: (44 - 50) / (44 + 50) = 0,06. Проблемы, вызванные перфорацией, больше сосредоточены на паразитной емкости и индуктивности. Воздействие

перфорированная паразитная емкость

Перфорация сама по себе имеет паразитную емкость к земле. Если известно, что диаметр изолированного отверстия на перфорированном заземлении составляет D2, диаметр перфорированного сварочного диска - D1, толщина пластины PCB - T, диэлектрическая константа пластины - Isla мк, паразитная емкость перфорации приближена: C = 1.41 Isla мкTD1 / (D2 - D1) паразитная емкость перфорации оказывает основное влияние на схему, задерживая время подъема сигнала и снижая скорость цепи. Например, для ПХБ толщиной 50 миль, если используется перфорация с внутренним диаметром 10 миль и диаметром сварного диска 20 миль, а расстояние между сварным диском и медной областью заземления составляет 32 мили, мы можем использовать эту формулу для приближения этого перфорации. Паразитная емкость приблизительно: C = 1.41x4.4x0.050x0.020 / (0032 - 0.020) = 0517pF Время подъема, вызванное емкостью этой части, изменяется следующим образом: T10 - 90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2,2x0.517x (55 / 228) = 2.31,8ps, хотя из этих значений видно, что отдельные отверстия не являются очевидными При многократном переключении отверстий между слоями в линии следа изготовители панелей HDI напоминают дизайнерам о необходимости внимательного рассмотрения. Паразитическая индуктивность перфорации аналогична, а абсорбционная емкость перфорации также имеет паразитную индуктивность. При проектировании высокоскоростных цифровых схем паразитная индуктивность перфорации часто наносит больший вред, чем паразитная емкость. Его паразитная последовательная индуктивность ослабляет вклад шунтирующих конденсаторов и ослабляет фильтрационный эффект всей энергосистемы. Мы можем просто рассчитать паразитную индуктивность перфорации, используя следующую формулу: L = 5.08 h [ln (4h / d) + 1], где L - это индуктивность перфорации, h - длина перфорации, d - диаметр центрального отверстия. Из формулы видно, что диаметр перфорации мало влияет на индуктивность, а длина перфорации влияет на индуктивность.

Тем не менее, используя приведенный выше пример, индуктивность перфорации может быть рассчитана следующим образом: L = 5.08x0.050 [ln (4x0.050 / 0.010) + 1] = 1015nHI Если время подъема сигнала составляет 1ns, эквивалентное сопротивление составляет: XL = NIL / T10 - 90 = 3.19 При прохождении высокочастотного тока это сопротивление больше не может быть проигнорировано. Особое внимание следует обратить на то, что при соединении силового слоя и заземления шунтирующий конденсатор должен проходить через два перфорации, так что паразитная индуктивность перфорации удваивается. Благодаря вышеприведенному анализу паразитических свойств перфорации в высокоскоростных PCB мы видим, что, казалось бы, простые перфорации в высокоскоростных PCB - проектах часто оказывают большое негативное влияние на конструкцию схемы.

Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитическими эффектами перфорации, при проектировании, насколько это возможно, можно:

Учитывая стоимость и качество сигнала, выберите разумный размер для прохождения. Например, для проектирования PCB модуля памяти 6 - 10 слоев лучше использовать перфорацию 10 / 20 Mil (бурение / сварочный диск). Для некоторых небольших размеров с высокой плотностью вы также можете попробовать использовать 8 / 18 Mil. Дырка В современных технических условиях трудно использовать меньшие перфорации. Для перфорации питания или заземления можно рассмотреть возможность использования большего размера для снижения сопротивления.

Две формулы, рассмотренные выше, позволяют сделать вывод о том, что использование более тонкого ПХД способствует уменьшению двух паразитических параметров перфорации.

Источники питания и заземления должны быть перфорированы поблизости, а провода между перфорациями и выводами должны быть как можно короче, поскольку они повышают индуктивность. В то же время источник питания и заземление должны быть как можно толще, чтобы уменьшить сопротивление. Сигнальный след на HDI - панели не должен меняться как можно больше, а это означает, что ненужные пробоины должны быть сведены к минимуму.

Рядом с проходными отверстиями сигнального слоя размещаются заземленные проходные отверстия, обеспечивающие замкнутое кольцо сигнала. Можно даже разместить большое количество избыточных заземленных отверстий на панели PCB. Конечно, дизайн требует гибкости. Модель перфорации, о которой говорилось выше, представляет собой случай, когда на каждом слое имеется сварочный диск. Иногда мы можем уменьшить или даже удалить прокладки некоторых слоев.

Особенно, когда плотность перфорации очень высока, это может привести к образованию разъединения, которое отделяет кольца в медном слое. Чтобы решить эту проблему, помимо перемещения места пробоины, мы также можем рассмотреть возможность размещения пробоины на медном слое. Размер диска уменьшается. Как использовать перфорацию: Вышеприведенный анализ паразитических свойств перфорации показывает, что в высокоскоростной конструкции PCB, казалось бы, простая перфорация используется неправильно, часто оказывает большое негативное влияние на конструкцию схемы.