Печатные платы через обмен навыками проектирования

Переходное отверстие является одним из важных компонентов многослойной печатной платы, и стоимость сверления обычно составляет от 30% до 40% стоимости производства печатных плат. Проще говоря, каждое отверстие на печатной плате можно назвать переходным отверстием. С точки зрения функции переходные отверстия можно разделить на две категории: одна используется для электрических соединений между слоями; другой используется для фиксации или позиционирования устройств. С точки зрения процесса, переходные отверстия обычно делятся на три категории, а именно: глухие переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и сквозные переходные отверстия.

Глухие переходные отверстия расположены на верхней и нижней поверхностях печатной платы и имеют определенную глубину. Они используются для соединения поверхностной линии и нижележащей внутренней линии. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (диафрагмы). Под заглубленным отверстием понимается соединительное отверстие, расположенное во внутреннем слое печатной платы, которое не доходит до поверхности печатной платы. Вышеупомянутые два типа отверстий расположены во внутреннем слое печатной платы и завершаются процессом формирования сквозного отверстия перед ламинированием, а несколько внутренних слоев могут перекрываться во время формирования переходного отверстия. Третий тип называется сквозным отверстием, которое проникает во всю печатную плату и может использоваться для внутреннего соединения или в качестве позиционного отверстия для монтажа компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче реализовать в процессе, а стоимость ниже, оно используется в большинстве печатных плат вместо двух других видов сквозных отверстий. Упомянутые ниже отверстия переходного отверстия, если не указано иное, считаются отверстиями переходного отверстия.

　　1. С точки зрения проектирования, переходное отверстие в основном состоит из двух частей, одна из которых представляет собой отверстие посередине, а другая - область контактной площадки вокруг отверстия. Размер этих двух частей определяет размер переходного отверстия. Очевидно, что при проектировании высокоскоростных печатных плат с высокой плотностью размещения проектировщики всегда надеются, что чем меньше переходное отверстие, тем лучше, чтобы на плате можно было оставить больше места для проводки. Кроме того, чем меньше переходное отверстие, тем больше паразитная емкость у себя. Чем он меньше, тем больше подходит для скоростных цепей. Тем не менее, уменьшение размера отверстий также приводит к увеличению стоимости, и размер переходных отверстий не может быть уменьшен бесконечно. Он ограничен такими технологическими процессами, как сверление и гальваническое покрытие: чем меньше отверстие, тем больше сверления Чем дольше занимает отверстие, тем легче отклониться от центрального положения; А когда глубина отверстия превышает диаметр просверленного отверстия в 6 раз, нельзя гарантировать, что стенка отверстия может быть равномерно покрыта медью. Например, толщина (сквозная глубина отверстия) обычной 6-слойной печатной платы составляет около 50 мил, поэтому минимальный диаметр сверления, который могут предоставить производители печатных плат, может достигать только 8 мил.

　　Second, the parasitic capacitance of the via hole itself has a parasitic capacitance to the ground. If it is known that the diameter of the isolation hole on the ground layer of the via is D2, the diameter of the via pad is D1, and the thickness of the PCB board is T, The dielectric constant of the board substrate is ε, and the parasitic capacitance of the via is approximately: C=1.41εTD1/(D2-D1) The main effect of the parasitic capacitance of the via on the circuit is to extend the rise time of the signal and reduce The speed of the circuit. For example, for a PCB with a thickness of 50Mil, if a via with an inner diameter of 10Mil and a pad diameter of 20Mil is used, and the distance between the pad and the ground copper area is 32Mil, then we can approximate the via using the above formula The parasitic capacitance is roughly: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, the rise time change caused by this part of the capacitance is: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. It can be seen from these values ??that although the effect of the rise delay caused by the parasitic capacitance of a single via is not obvious, if the via is used multiple times in the trace to switch between layers, the designer should still consider carefully.

　　3. Parasitic inductance of vias Similarly, there are parasitic inductances along with parasitic capacitances in vias. In the design of high-speed digital circuits, the damage caused by parasitic inductances of vias is often greater than the impact of parasitic capacitance. Its parasitic series inductance will weaken the contribution of the bypass capacitor and weaken the filtering effect of the entire power system. We can simply calculate the approximate parasitic inductance of a via with the following formula: L=5.08h[ln(4h/d)+1] where L refers to the inductance of the via, h is the length of the via, and d is the center The diameter of the hole. It can be seen from the formula that the diameter of the via has a small influence on the inductance, and the length of the via has the greatest influence on the inductance. Still using the above example, the inductance of the via can be calculated as: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH. If the rise time of the signal is 1ns, then its equivalent impedance is: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Such impedance can no longer be ignored when high-frequency current passes. Special attention should be paid to the fact that the bypass capacitor needs to pass through two vias when connecting the power layer and the ground layer, so that the parasitic inductance of the via will double.

　　4. Проектирование переходных отверстий на высокоскоростной печатной плате. Благодаря приведенному выше анализу паразитных характеристик переходных отверстий мы можем видеть, что при проектировании высокоскоростных печатных плат, кажущиеся простыми переходные отверстия часто приводят к большим негативным последствиям при проектировании схем. эффект. Для того, чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитным воздействием переходных отверстий, в конструкции можно сделать в максимально возможной степени:

　　1. Исходя из двух аспектов стоимости и качества сигнала, выберите разумный размер переходных отверстий. Например, для проектирования печатной платы 6-10-слойного модуля памяти лучше использовать переходные отверстия 10/20 мил (перфорированные/контактные). Для некоторых малогабаритных плат высокой плотности вы также можете попробовать использовать 8/18Mil. дыра. В современных технических условиях сложно использовать переходные отверстия меньшего размера. Для силовых переходных отверстий или переходных отверстий заземления можно рассмотреть возможность использования большего размера для снижения импеданса.

　　2. Из двух рассмотренных выше формул можно сделать вывод, что использование более тонкой печатной платы полезно для снижения двух паразитных параметров переходного отверстия.

　　3. Старайтесь не менять слои сигнальных дорожек на печатной плате, то есть старайтесь не использовать ненужные переходные отверстия.

　　4. Контакты питания и заземления должны быть просверлены рядом, а провод между переходным отверстием и контактом должен быть как можно короче, потому что они увеличат индуктивность. При этом провода питания и заземления должны быть максимально толстыми, чтобы снизить импеданс.

　　5. Разместите несколько заземленных переходных отверстий рядом с переходными отверстиями сигнального слоя, чтобы обеспечить ближайшую петлю для сигнала. На печатной плате можно даже разместить большое количество резервных переходных отверстий заземления. Конечно, дизайн должен быть гибким. Модель переходных отверстий, рассмотренная ранее, представляет собой случай, в котором на каждом слое есть контактные площадки. Иногда мы можем уменьшить или даже удалить контактные площадки некоторых слоев. Особенно когда плотность переходных отверстий очень высокая, это может привести к образованию разрывной канавки, которая отделяет петлю в медном слое. Чтобы решить эту проблему, помимо изменения положения переходного отверстия, мы также можем рассмотреть возможность размещения переходного отверстия на медном слое. Размер прокладки уменьшается.