PCB durch den Austausch von Designfähigkeiten
Via ist eine der wichtigen 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; Der andere dient zum Fixieren oder Positionieren von Vorrichtungen. 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 an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und haben eine gewisse Tiefe. Sie werden verwendet, um die DGM-Linie und die darunterliegende innere Linie zu verbinden. Die Tiefe des Lochs überschreitet in der Regel ein bestimmtes Verhältnis (Öffnung) nicht. Vergrabenes Loch bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht der Leiterplatte, das sich nicht über die Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Die oben genannten zwei Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte und werden durch einen Durchgangslochformprozess vor dem Laminieren abgeschlossen, und mehrere innere Schichten können während der Bildung der Durchkontaktierung überlappt werden. Der dritte Typ wird als Durchgangsloch bezeichnet, das die gesamte Leiterplatte durchdringt und für die interne Verbindung oder als Positionierungsbohrung für die Komponentenmontage verwendet werden kann. Da die Durchgangsbohrung im Prozess einfacher zu realisieren ist und die Kosten geringer sind, wird sie in den meisten Leiterplatten anstelle der beiden anderen Arten von Durchgangslöchern verwendet. Die unten genannten Durchgangslöcher werden, sofern nicht anders angegeben, als Durchgangslöcher betrachtet.
1. Aus gestalterischer Sicht besteht eine Durchkontaktierung hauptsächlich aus zwei Teilen, zum einen aus dem Bohrloch in der Mitte und zum anderen aus dem Pad-Bereich um das Bohrloch. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe der Durchkontaktierung. Offensichtlich hoffen Designer beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design mit hoher Dichte immer, dass je kleiner das Durchkontaktierungsloch ist, desto besser, damit mehr Platz auf der Platine verbleibt. Je kleiner das Durchkontaktierungsloch ist, desto parasitär ist die Kapazität von selbst. Je kleiner er ist, desto besser eignet er sich für Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Die Reduzierung der Lochgröße führt jedoch auch zu einer Kostensteigerung, und die Größe der Durchkontaktierungen kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Sie ist 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 Bohrlochs überschreitet, kann nicht garantiert werden, dass die Lochwand gleichmäßig mit Kupfer beschichtet werden kann. Zum Beispiel beträgt die Dicke (Durchgangslochtiefe) einer normalen 6-Lagen-Leiterplatte etwa 50 Mil, sodass der minimale Bohrdurchmesser, den Leiterplattenhersteller bereitstellen können, nur 8 Mil erreichen kann.
Zweitens hat die parasitäre Kapazität des Via-Lochs selbst eine parasitäre Kapazität zum Boden. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser des Isolationslochs auf der Masseschicht der Durchkontaktierung D2 beträgt, der Durchmesser des Durchkontaktierungspads D1 und die Dicke der Leiterplatte T beträgt, beträgt die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats ε, und die parasitäre Kapazität der Durchkontaktierung beträgt ungefähr: C = 1,41 εTD1 / (D2-D1) Die Hauptwirkung der parasitären Kapazität der Durchkontaktierung auf die Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals und reduzieren Sie 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 Pad-Durchmesser 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 Änderung der Anstiegszeit, die durch diesen Teil der Kapazität verursacht wird, beträgt: T10-90 = 2,2 C (Z0/2) = 2,2 x 0,517 x (55/2) = 31,28 ps. Aus diesen Werten ist ersichtlich? Obwohl der Effekt der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität einer einzelnen Durchkontaktierung verursacht wird, nicht offensichtlich ist, sollte der Konstrukteur dennoch sorgfältig überlegen, ob 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 digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen 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 Stromversorgungssystems. Wir können einfach die ungefähre parasitäre Induktivität einer Durchkontaktierung mit der folgenden Formel berechnen: L=5,08h[ln(4h/d)+1], wobei L sich auf die Induktivität der Durchkontaktierung bezieht, h die Länge der Durchkontaktierung und d die Mitte ist Der Durchmesser des Lochs. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser der Durchkontaktierung einen geringen Einfluss auf die Induktivität und die Länge der Durchkontaktierung den größten Einfluss auf die Induktivität hat. Immer noch unter Verwendung 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 1ns beträgt, beträgt die äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3,19Ω. Eine solche Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn hochfrequenter Strom fließt. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator beim Verbinden der Leistungsschicht und der Masseschicht durch zwei Durchkontaktierungen geleitet werden 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 beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design scheinbar einfache Durchkontaktierungen oft große Nachteile für das Schaltungsdesign mit sich bringen. Effekt. Um die durch die parasitären Wirkungen der Durchkontaktierungen verursachten Nebenwirkungen 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. Für das PCB-Design von 6-10-Lagen-Speichermodulen ist es beispielsweise besser, 10/20Mil (gebohrt/Pad) Durchkontaktierungen 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 Strom- oder Massedurchkontaktierungen können Sie eine größere Größe verwenden, 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 ändern, dh versuchen Sie, 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 Masseleitungen so dick wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren.
5. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen der Signalschicht, 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, bei dem sich auf jeder Schicht Pads befinden. Manchmal können wir die Ballen einiger Schichten verkleinern oder sogar entfernen. Insbesondere wenn die Dichte von 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 in Betracht ziehen, die Durchkontaktierung auf der Kupferschicht zu platzieren. Die Pad-Größe wird reduziert.
Blind Vias befinden sich an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und haben eine gewisse Tiefe. Sie werden verwendet, um die DGM-Linie und die darunterliegende innere Linie zu verbinden. Die Tiefe des Lochs überschreitet in der Regel ein bestimmtes Verhältnis (Öffnung) nicht. Vergrabenes Loch bezieht sich auf das Verbindungsloch in der inneren Schicht der Leiterplatte, das sich nicht über die Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Die oben genannten zwei Arten von Löchern befinden sich in der inneren Schicht der Leiterplatte und werden durch einen Durchgangslochformprozess vor dem Laminieren abgeschlossen, und mehrere innere Schichten können während der Bildung der Durchkontaktierung überlappt werden. Der dritte Typ wird als Durchgangsloch bezeichnet, das die gesamte Leiterplatte durchdringt und für die interne Verbindung oder als Positionierungsbohrung für die Komponentenmontage verwendet werden kann. Da die Durchgangsbohrung im Prozess einfacher zu realisieren ist und die Kosten geringer sind, wird sie in den meisten Leiterplatten anstelle der beiden anderen Arten von Durchgangslöchern verwendet. Die unten genannten Durchgangslöcher werden, sofern nicht anders angegeben, als Durchgangslöcher betrachtet.
1. Aus gestalterischer Sicht besteht eine Durchkontaktierung hauptsächlich aus zwei Teilen, zum einen aus dem Bohrloch in der Mitte und zum anderen aus dem Pad-Bereich um das Bohrloch. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe der Durchkontaktierung. Offensichtlich hoffen Designer beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design mit hoher Dichte immer, dass je kleiner das Durchkontaktierungsloch ist, desto besser, damit mehr Platz auf der Platine verbleibt. Je kleiner das Durchkontaktierungsloch ist, desto parasitär ist die Kapazität von selbst. Je kleiner er ist, desto besser eignet er sich für Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Die Reduzierung der Lochgröße führt jedoch auch zu einer Kostensteigerung, und die Größe der Durchkontaktierungen kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Sie ist 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 Bohrlochs überschreitet, kann nicht garantiert werden, dass die Lochwand gleichmäßig mit Kupfer beschichtet werden kann. Zum Beispiel beträgt die Dicke (Durchgangslochtiefe) einer normalen 6-Lagen-Leiterplatte etwa 50 Mil, sodass der minimale Bohrdurchmesser, den Leiterplattenhersteller bereitstellen können, nur 8 Mil erreichen kann.
Zweitens hat die parasitäre Kapazität des Via-Lochs selbst eine parasitäre Kapazität zum Boden. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser des Isolationslochs auf der Masseschicht der Durchkontaktierung D2 beträgt, der Durchmesser des Durchkontaktierungspads D1 und die Dicke der Leiterplatte T beträgt, beträgt die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats ε, und die parasitäre Kapazität der Durchkontaktierung beträgt ungefähr: C = 1,41 εTD1 / (D2-D1) Die Hauptwirkung der parasitären Kapazität der Durchkontaktierung auf die Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals und reduzieren Sie 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 Pad-Durchmesser 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 Änderung der Anstiegszeit, die durch diesen Teil der Kapazität verursacht wird, beträgt: T10-90 = 2,2 C (Z0/2) = 2,2 x 0,517 x (55/2) = 31,28 ps. Aus diesen Werten ist ersichtlich? Obwohl der Effekt der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität einer einzelnen Durchkontaktierung verursacht wird, nicht offensichtlich ist, sollte der Konstrukteur dennoch sorgfältig überlegen, ob 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 digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen 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 Stromversorgungssystems. Wir können einfach die ungefähre parasitäre Induktivität einer Durchkontaktierung mit der folgenden Formel berechnen: L=5,08h[ln(4h/d)+1], wobei L sich auf die Induktivität der Durchkontaktierung bezieht, h die Länge der Durchkontaktierung und d die Mitte ist Der Durchmesser des Lochs. Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Durchmesser der Durchkontaktierung einen geringen Einfluss auf die Induktivität und die Länge der Durchkontaktierung den größten Einfluss auf die Induktivität hat. Immer noch unter Verwendung 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 1ns beträgt, beträgt die äquivalente Impedanz: XL=πL/T10-90=3,19Ω. Eine solche Impedanz kann nicht mehr ignoriert werden, wenn hochfrequenter Strom fließt. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, dass der Bypass-Kondensator beim Verbinden der Leistungsschicht und der Masseschicht durch zwei Durchkontaktierungen geleitet werden 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 beim Hochgeschwindigkeits-PCB-Design scheinbar einfache Durchkontaktierungen oft große Nachteile für das Schaltungsdesign mit sich bringen. Effekt. Um die durch die parasitären Wirkungen der Durchkontaktierungen verursachten Nebenwirkungen 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. Für das PCB-Design von 6-10-Lagen-Speichermodulen ist es beispielsweise besser, 10/20Mil (gebohrt/Pad) Durchkontaktierungen 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 Strom- oder Massedurchkontaktierungen können Sie eine größere Größe verwenden, 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 ändern, dh versuchen Sie, 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 Masseleitungen so dick wie möglich sein, um die Impedanz zu reduzieren.
5. Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen der Signalschicht, 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, bei dem sich auf jeder Schicht Pads befinden. Manchmal können wir die Ballen einiger Schichten verkleinern oder sogar entfernen. Insbesondere wenn die Dichte von 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 in Betracht ziehen, die Durchkontaktierung auf der Kupferschicht zu platzieren. Die Pad-Größe wird reduziert.