PCB 12-Layer BGA, PCB HDI слепой через, похороненный через разнослоистый PCB, PCB соединения высокой плотности, через и свою функцию

Характер продукции

Зачем использовать переходные отверстия в печатных платах? И их паразитная емкость и паразитная индуктивность

Тег# PCB дизайн, Многослойная PCB, Высокоплотная межсоединительная печатная плата

Отверстие печатной платыs

Переходное отверстие является одной из важных частей многослойной печатной платы, а стоимость сверления обычно составляет от 30% до 40% стоимости изготовления печатной платы. Вкратце, каждое отверстие в печатной плате можно назвать переходным отверстием. С точки зрения функции, отверстие

можно разделить на две категории: одно используется для электрического соединения между слоями, другое используется для фиксации или позиционирования устройства. Эти отверстия обычно делятся на три типа, а именно глухое отверстие (blind via), скрытое отверстие (buried via) и сквозное отверстие (through via).

1.1 Состав Holes

Глухое отверстие расположено на верхней и нижней поверхности печатной платы и имеет определенную глубину для соединения поверхностной линии с внутренней линией ниже. Глубина отверстия обычно не превышает определенного соотношения (апертуры). Скрытое отверстие - это соединительное отверстие, расположенное во внутреннем слое печатной платы, которое не выходит на поверхность печатной платы.

Два вышеуказанных типа отверстий расположены во внутреннем слое печатной платы. Формирование сквозного отверстия происходит до ламинирования, и несколько внутренних слоев могут быть наложены друг на друга во время формирования сквозного отверстия.

Третье называется сквозным отверстием, которое проходит через всю печатную плату. Оно может использоваться для внутреннего соединения или как место установки компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче реализовать и стоимость низкая, оно используется в большинстве печатных плат вместо двух других. Упомянутые ниже отверстия, если не указано иное, считаются сквозными отверстиями.

С точки зрения проектирования, отверстие состоит в основном из двух частей: одна - это центральное отверстие (сверлильное отверстие), другая - область контактной площадки вокруг отверстия, см. ниже. Размер этих двух частей определяет размер отверстия.

Очевидно, в высокоскоростных, высокоплотных конструкциях печатных плат, дизайнеры всегда хотят, чтобы отверстия были как можно меньше, чтобы оставить больше места для разводки на плате.

Кроме того, чем меньше отверстие, тем ниже его собственная паразитная емкость, и тем больше оно подходит для высокоскоростных цепей. Уменьшение размера отверстия приводит к увеличению стоимости, и размер отверстия не может быть неограниченно уменьшен. Он ограничен технологией сверления и гальванического покрытия и т. д.

Чем меньше отверстие, тем дольше время сверления, и тем легче отклониться от центрального положения; и когда глубина отверстия превышает 6-кратный диаметр отверстия, невозможно гарантировать равномерное меднение стенки отверстия. Теперь, например, нормальная толщина печатной платы (глубина сквозного отверстия) составляет 1,6 мм, поэтому минимальный диаметр отверстия, предоставляемый производителем печатных плат, может достигать только 0,2 мм.

1.2 Паразитная Cемкость Vias

Само переходное отверстие имеет паразитное емкостное сопротивление к земле. Где известно, что диаметр изолирующего отверстия на земляном слое равен D2, диаметр контактной площадки переходного отверстия равен D1, толщина печатной платы равна T, диэлектрическая проницаемость подложки равна ε, то значение паразитной емкости через переходное отверстие приблизительно следующее:

C=1.41εTD1/(D2-D1).

Основное влияние паразитной емкости через переходное отверстие заключается в увеличении времени нарастания сигнала и снижении скорости цепи. Например, печатная плата толщиной 50 мил, если использовать переходное отверстие с внутренним диаметром 10 мил и диаметром контактной площадки 20 мил, расстояние между контактной площадкой и земляным медным участком 32 мил, то мы можем приблизительно получить паразитное емкостное сопротивление переходного отверстия по вышеуказанной формуле: C=1.41 x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517 пФ. Переменная величина этой части емкости, вызванная временем нарастания, составляет: T10-90=2.2 C (Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28 пс.

Из этих значений видно, что, хотя полезность задержки нарастания, вызванной паразитной емкостью одного переходного отверстия, не очевидна, проектировщик должен учитывать, что если между слоями используется несколько переходных отверстий.

1.3 Паразитная Iндуктивность Vias

Помимо паразитной емкости, через переходные отверстия одновременно существует паразитная индуктивность. При проектировании высокоскоростных цифровых схем вред, причиняемый паразитной индуктивностью через переходное отверстие, часто больше, чем вред от паразитной емкости. Его паразитная последовательная индуктивность ослабляет вклад развязывающей емкости и ослабляет фильтрующую функцию всей системы питания. Мы можем использовать следующую формулу для простого расчета приблизительной паразитной индуктивности переходного отверстия:

L=5.08h[ln(4h/d) +1].

Где L - индуктивность переходного отверстия, h - длина переходного отверстия, d - диаметр переходного отверстия. Из формулы видно, что диаметр переходного отверстия мало влияет на индуктивность, но наибольшее влияние на индуктивность оказывает длина переходного отверстия. Используя тот же пример, можно рассчитать, что индуктивность переходного отверстия составляет: L=5.08 x0.050[ln (4x0.050/0.010)1]=1.015 нГн. Когда время нарастания сигнала составляет 1 нс, эквивалентное сопротивление составляет: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Такое сопротивление нельзя игнорировать при прохождении высокочастотного тока. В частности, развязывающая емкость должна проходить через два переходных отверстия при соединении силового и земляного слоев, так что паразитная индуктивность переходных отверстий будет экспоненциально увеличиваться.

1.4 Проектирование переходных отверстий в высокоскоростных печатных платах

Из вышеприведенного анализа паразитных характеристик переходных отверстий видно, что при проектировании высокоскоростных печатных плат кажущееся простым переходное отверстие часто оказывает большое негативное влияние на проектирование схемы. Чтобы уменьшить неблагоприятное влияние паразитного эффекта от переходного отверстия, мы можем попытаться сделать следующее при проектировании:

1) Учитывая стоимость и качество сигнала, выбирайте разумный размер переходных отверстий. Например, 6-10 слоев дизайн печатной платы модуля памяти,10/20 мил (сверление / контактная площадка) переходное отверстие лучше; для некоторых высокоплотных плат малого размера вы также можете попробовать использовать переходное отверстие 8/18 мил. В настоящее время, поскольку используются станки для лазерного сверления, возможно использование отверстий меньшего размера при технических условиях. Для переходных отверстий силовых или земляных проводов можно рассмотреть больший размер

для снижения импеданса.

• Из двух вышеупомянутых формул можно сделать вывод, что использование более тонкой печатной платы выгодно для снижения двух паразитных параметров переходного отверстия.
• Сигнальные линии на плате по возможности не меняют слой, то есть старайтесь не использовать ненужные переходные отверстия.
• Выводы силового и земляного питания должны быть просверлены рядом с платой, чем короче провод между переходным отверстием и выводом, тем лучше, так как они приведут к увеличению индуктивности. В то же время провод питания и земли должен быть как можно толще, чтобы уменьшить импеданс.
• Разместите несколько земляных переходных отверстий рядом с переходными отверстиями области переключения сигнального слоя, чтобы обеспечить ближайший контур для сигнала. Даже большое количество избыточных земляных переходных отверстий может быть размещено на печатной плате. Конечно, дизайн также должен быть гибким. Обсуждаемая ранее модель переходного отверстия предполагает, что каждый слой имеет контактные площадки, и иногда мы можем уменьшить размер или даже удалить контактные площадки некоторых слоев. Особенно в случае высокой плотности областей переходных отверстий это может привести к образованию разрыва в медном слое с разделительным контуром. Чтобы решить эту проблему, помимо перемещения положения переходного отверстия, мы также можем рассмотреть уменьшение размера контактной площадки медного слоя.

Возможности печатных плат 2026