PCB über den Austausch von Designkompetenzen

Via ist eine der wichtigsten Komponenten von mehrschichtigen Leiterplatten, und die Kosten für das Bohren machen in der Regel 30 % bis 40 % der Kosten für die Leiterplattenherstellung aus. Einfach ausgedrückt kann jedes Loch auf der Leiterplatte als Durchkontaktierung bezeichnet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Funktion können Durchkontaktierungen in zwei Kategorien unterteilt werden: Eine wird für elektrische Verbindungen zwischen Schichten verwendet; Die andere dient zur Fixierung oder Positionierung von Geräten. In Bezug auf den Prozess werden Vias im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt, nämlich Blind Vias, Buried Vias und Through Vias. Blind Vias befinden sich auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und haben eine gewisse Tiefe. Sie werden verwendet, um die Flächenlinie und die darunterliegende Innenlinie zu verbinden. Die Tiefe des Lochs überschreitet in der Regel ein bestimmtes Verhältnis (Blende) nicht. Buried Hole bezieht sich auf das Verbindungsloch, das sich in der inneren Schicht der Leiterplatte befindet und sich nicht bis zur Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Die vorstehend erwähnten zwei Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte und werden durch einen Durchgangsloch-Formungsprozess vor dem Laminieren vervollständigt, und mehrere innere Schichten können während der Bildung der Durchkontaktierung überlappt werden. Der dritte Typ wird als Durchgangsbohrung bezeichnet, die die gesamte Leiterplatte durchdringt und für die interne Verbindung oder als Positionierungsloch für die Komponentenmontage verwendet werden kann. Da die Durchgangsbohrung im Prozess einfacher zu realisieren ist und die Kosten niedriger sind, wird sie in den meisten Leiterplatten anstelle der beiden anderen Arten von Durchgangslöchern verwendet. Die unten genannten Durchkontaktierungsbohrungen werden, sofern nicht anders angegeben, als Durchkontaktierungsbohrungen betrachtet.   1. Aus konstruktiver Sicht besteht eine Durchkontaktierung hauptsächlich aus zwei Teilen, einem ist das Bohrloch in der Mitte und der andere ist der Pad-Bereich um das Bohrloch herum. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe der Durchkontaktierung. Natürlich hoffen Designer bei Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns mit hoher Dichte immer, dass je kleiner das Durchkontaktierungsloch ist, desto besser, damit mehr Platz auf der Platine gelassen werden kann. Je kleiner die Durchkontaktierungsbohrung ist, desto größer ist die parasitäre Kapazität. Je kleiner er ist, desto besser eignet er sich für Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Die Reduzierung der Lochgröße führt jedoch auch zu einem Anstieg der Kosten, und die Größe der Durchkontaktierungen kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Sie wird durch Prozesstechnologien wie Bohren und Plattieren begrenzt: Je kleiner das Loch, desto mehr Bohrungen Je länger das Loch dauert, desto leichter ist es, von der Mittelposition abzuweichen; Und wenn die Tiefe des Lochs das 6-fache des Durchmessers des gebohrten Lochs überschreitet, kann nicht garantiert werden, dass die Lochwand gleichmäßig mit Kupfer beschichtet werden kann. Zum Beispiel beträgt die Dicke (Durchgangslochtiefe) einer normalen 6-lagigen Leiterplatte etwa 50 mil, so dass der minimale Bohrdurchmesser, den Leiterplattenhersteller bereitstellen können, nur 8 mil erreichen kann.   Zweitens hat die parasitäre Kapazität der Durchkontaktierungsbohrung selbst eine parasitäre Kapazität zur Masse. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser des Isolationslochs auf der Masseschicht der Durchkontaktierung D2 ist, der Durchmesser des Durchkontaktierungspads D1 und die Dicke der Leiterplatte T ist, Die Dielektrizitätskonstante des Platinensubstrats ist ε, und die parasitäre Kapazität der Durchkontaktierung beträgt ungefähr: C=1,41εTD1/(D2-D1) Der Haupteffekt der parasitären Kapazität der Durchkontaktierung auf die Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals und verringern die Geschwindigkeit der Schaltung. Wenn beispielsweise für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50 Mil eine Durchkontaktierung mit einem Innendurchmesser von 10 Mil und einem Paddurchmesser von 20 Mil verwendet wird und der Abstand zwischen dem Pad und der geschliffenen Kupferfläche 32 Mil beträgt, können wir die Durchkontaktierung mit der obigen Formel annähern Die parasitäre Kapazität beträgt ungefähr: C = 1,41 x 4,4 x 0,050 x 0,020 / (0,032-0,020) = 0,517 pF, Die durch diesen Teil der Kapazität verursachte Änderung der Anstiegszeit beträgt: T10-90 = 2,2 C (Z0 / 2) = 2,2 x 0,517 x (55 / 2) = 31,28 ps. Es kann aus diesen Werten ersichtlich sein ?? Obwohl der Effekt der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität einer einzelnen Durchkontaktierung verursacht wird, nicht offensichtlich ist, sollte der Entwickler dennoch sorgfältig abwägen, wenn die Durchkontaktierung mehrmals in der Leiterbahn verwendet wird, um zwischen den Schichten zu wechseln.   3. Parasitäre Induktivität von Durchkontaktierungen In ähnlicher Weise gibt es parasitäre Induktivitäten zusammen mit parasitären Kapazitäten in Durchkontaktierungen. Beim Design von Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen ist der Schaden, der durch parasitäre Induktivitäten von Durchkontaktierungen verursacht wird, oft größer als der Einfluss parasitärer Kapazitäten. Seine parasitäre Serieninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und schwächt die Filterwirkung des gesamten Stromsystems. Wir können die ungefähre parasitäre Induktivität einer Durchkontaktierung einfach mit der folgenden Formel berechnen: L=5.08h[ln(4h/d)+1], wobei L sich auf die Induktivität der Durchkontaktierung, h auf die Länge der Durchkontaktierung und d auf den Mittelpunkt bezieht Der Durchmesser der Bohrung. Aus der Formel geht hervor, dass der Durchmesser der Durchkontaktierung einen geringen Einfluss auf die Induktivität hat und die Länge der Durchkontaktierung den größten Einfluss auf die Induktivität. Anhand des obigen Beispiels kann die Induktivität der Durchkontaktierung wie folgt berechnet werden: L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH. Wenn die Anstiegszeit des Signals 1 ns beträgt, beträgt die äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3,19 Ω. Diese Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn hochfrequenter Strom fließt. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator bei der Verbindung von Leistungsschicht und Masseschicht zwei Durchkontaktierungen durchlaufen muss, damit sich die parasitäre Induktivität der Durchkontaktierung verdoppelt.   4. Über das Design in der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte. Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften von Durchkontaktierungen können wir sehen, dass im Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesign scheinbar einfache Durchkontaktierungen oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign haben. Effekt. Um die nachteiligen Auswirkungen durch die parasitären Auswirkungen der Durchkontaktierungen zu reduzieren, kann bei der Konstruktion so weit wie möglich Folgendes getan werden:   1. Wählen Sie aus den beiden Aspekten Kosten und Signalqualität eine angemessene Größe der Durchkontaktierungen aus. Zum Beispiel ist es für das 6-10-Lagen-Speichermodul-PCB-Design besser, 10/20Mil (gebohrt/Pad) Vias zu verwenden. Für einige kleine Platinen mit hoher Dichte können Sie auch versuchen, 8/18Mil zu verwenden. Loch. Unter den derzeitigen technischen Bedingungen ist es schwierig, kleinere Durchkontaktierungen zu verwenden. Für Stromversorgungs- oder Massedurchkontaktierungen können Sie eine größere Größe in Betracht ziehen, um die Impedanz zu reduzieren.   2. Aus den beiden oben diskutierten Formeln kann geschlossen werden, dass die Verwendung einer dünneren Leiterplatte vorteilhaft ist, um die beiden parasitären Parameter der Durchkontaktierung zu reduzieren.   3. Versuchen Sie, die Schichten der Signalspuren auf der Leiterplatte nicht zu verändern, dh keine unnötigen Durchkontaktierungen zu verwenden.   4. Die Strom- und Erdungsstifte sollten in der Nähe gebohrt werden, und die Leitung zwischen der Durchkontaktierung und dem Stift sollte so kurz wie möglich sein, da sie die Induktivität erhöhen. Gleichzeitig sollten die Strom- und Erdungsleitungen so dick wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren.   5. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen der Signallage, um die nächstgelegene Schleife für das Signal bereitzustellen. Es ist sogar möglich, eine große Anzahl redundanter Massedurchkontaktierungen auf der Leiterplatte zu platzieren. Natürlich muss das Design flexibel sein. Das zuvor besprochene Via-Modell ist der Fall, wenn sich auf jeder Ebene Pads befinden. Manchmal können wir die Pads einiger Schichten reduzieren oder sogar entfernen. Insbesondere wenn die Dichte der Durchkontaktierungen sehr hoch ist, kann es zur Bildung einer Bruchrille kommen, die die Schleife in der Kupferschicht trennt. Um dieses Problem zu lösen, können wir nicht nur die Position der Durchkontaktierung verschieben, sondern auch die Durchkontaktierung auf der Kupferschicht platzieren. Die Padgröße wird reduziert.