El diseño de la vía de la PCB no debe subestimarse, especialmente para PCB de alta velocidad.

En la actualidad, el diseño de PCB de alta velocidad es ampliamente utilizado en comunicaciones, computadoras, procesamiento de imágenes gráficas y otros campos. Todos los productos electrónicos de valor agregado de alta tecnología están diseñados con bajo consumo de energía, baja radiación electromagnética, alta confiabilidad, miniaturización y peso ligero. Para lograr los objetivos anteriores, el diseño es un factor importante en el diseño de PCB de alta velocidad. Consiste en un orificio, un área de almohadilla alrededor del orificio y un área de aislamiento de la capa POWER, que generalmente se clasifican en agujeros ciegos, agujeros enterrados y agujeros pasantes. Algunas consideraciones en el diseño de vías de PCB de alta velocidad se resumen en el proceso de diseño de PCB mediante el análisis de la capacitancia parásita y la inductancia parásita de las vías.

1 、 Vía

Via es un factor importante en el diseño de PCB multicapa. Un canal se compone principalmente de tres partes, una es un agujero; el otro es un área de almohadilla alrededor del agujero; el tercero es un área de aislamiento de la capa POWER. El proceso de vía es un método para depositar químicamente una capa de metal en la superficie cilíndrica del orificio de vía del orificio de vía para conectar la lámina de cobre conectada en la capa intermedia, y los lados superior e inferior del orificio de vía se convierten en un almohadilla. La forma se puede conectar directamente a la línea en los lados superior e inferior, o no. Los orificios pasantes se pueden usar para conectar, asegurar o posicionar eléctricamente el dispositivo.

2 、 Las vías generalmente se dividen en tres categorías: vías ciegas, vías enterradas y vías.

(1) Los agujeros ciegos en las superficies superior e inferior de la placa de circuito impreso tienen una cierta profundidad para conectar las líneas de superficie y las líneas internas subyacentes. La profundidad y el tamaño de los poros de los poros generalmente no exceden una cierta proporción.

(2) El orificio enterrado se refiere a un orificio de conexión ubicado en la capa interna de la placa de circuito impreso, que no se extiende a la superficie de la placa de circuito. Tanto la vía oculta como la vía enterrada se encuentran en la capa interna de la placa y se completan mediante un proceso de formación de vía antes de la laminación, y una pluralidad de capas internas pueden solaparse durante la formación de la vía.

(3) Los agujeros pasantes, que pasan a través de toda la placa, pueden usarse para implementar interconexiones internas o como agujeros de montaje para componentes. Los agujeros pasantes se usan comúnmente en placas de circuito impreso porque las vías son más fáciles de implementar y menos costosas en el proceso.

3 、 La capacitancia parásita de la vía

El orificio de la vía tiene una capacitancia parásita al suelo. Si el diámetro del orificio pasante del orificio pasante en la capa de tierra es D2, el diámetro de la almohadilla del orificio pasante es D1, el grosor de la PCB es T y la constante dieléctrica del sustrato de la placa es ε, entonces la capacitancia parásita de la vía es aproximadamente la misma que: C = 1.41εTD1 / (D2-D1)

 

El efecto principal de la capacitancia parásita de la vía en el circuito es extender el tiempo de subida de la señal y reducir la velocidad del circuito. Cuanto menor es la capacitancia, menor es el efecto.

4 、 La inductancia parásita de la vía

En el caso de los circuitos digitales de alta velocidad, la inductancia parásita del orificio pasante es a menudo más dañina que la inductancia de capacitancia parásita de las vías debilita el condensador de derivación y reduce la eficacia del filtrado en todo el sistema de alimentación. Si L es la inductancia de la vía, h es la longitud de la vía yd es el diámetro del orificio central. La inductancia parasitaria de la vía es aproximadamente: L = 5.08h [ln (4h / d) +1]

De la ecuación se puede ver que el diámetro de la vía tiene menos influencia en la inductancia, y la mayor influencia en la inductancia es la longitud de la vía.

5, tecnología de orificio no pasante

Las vías no pasantes incluyen las vías ciegas y las vías enterradas. En la tecnología sin orificio pasante, la aplicación de vías ciegas y vías enterradas puede reducir en gran medida el tamaño y la calidad de los PCB, reducir el número de capas, mejorar la compatibilidad electromagnética, aumentar las características de los productos electrónicos, reducir los costos y hacer que el diseño funcione Más fácil y más rápido. . Los agujeros pasantes tienen muchos problemas en el diseño y procesamiento de PCB convencionales. En primer lugar, ocupan mucho espacio efectivo. En segundo lugar, una gran cantidad de vías también son una barrera importante para las capas internas de PCB multicapa. Estas vías ocupan el espacio requerido para las huellas y pasan densamente a través del poder y el suelo. La superficie de la capa de alambre también destruye las características de impedancia del plano de tierra de energía y desactiva el plano de tierra de energía. La perforación mecánica tradicional será 20 veces la carga de trabajo de los agujeros no pasantes.

En el diseño de PCB, aunque el tamaño de las almohadillas y las vías se ha reducido gradualmente, si el grosor de la capa no se reduce, la relación de aspecto de las vías aumentará y un aumento en la relación de aspecto de las vías se reducirá fiabilidad. Con las técnicas avanzadas de perforación láser y los avances en el grabado en seco por plasma, se pueden usar pequeños agujeros pasantes y pequeños agujeros enterrados. Si estos agujeros no pasantes tienen un diámetro de 0.3 mm, los parámetros parásitos son aproximadamente 1/10 de los agujeros convencionales originales, lo que mejora la confiabilidad de la PCB.

Debido a la tecnología sin agujeros pasantes, hay pocos agujeros pasantes en la PCB, lo que proporciona más espacio para el enrutamiento. El espacio restante se puede usar para blindaje de área grande para mejorar el rendimiento EMI / RFI. Al mismo tiempo, hay más espacio disponible para la capa interna para proteger parcialmente el equipo y los cables de red críticos para un rendimiento eléctrico óptimo. Los no vias hacen que sea más fácil desplegar los pines del dispositivo, lo que hace que los dispositivos de pines de alta densidad, como los paquetes BGA, sean fáciles de enrutar, acortar las longitudes de los cables y cumplir con los requisitos de temporización del circuito de alta velocidad.

6 、 La elección de vias en PCB ordinaria

En los diseños de PCB de uso general, la capacidad parasitaria y la inductancia parasitaria de las vías tienen poco efecto en el diseño de PCB. Para diseños de PCB de 1-4 capas, se usa típicamente 0.36 mm / 0.61 mm / 1.02 mm (área de aislamiento de agujero / almohadilla / POTENCIA). ) La vía es mejor. Algunas líneas de señal especiales (como líneas de alimentación, líneas de tierra, líneas de reloj, etc.) pueden usar vías de 0,41 mm / 0,81 mm / 1,32 mm, o puede usar otras vías de tamaño según sea necesario.

7, a través del diseño de PCB de alta velocidad

A través del análisis anterior de las características parásitas de las vías, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, las vías aparentemente simples a menudo tienen un gran impacto negativo en el diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos del fenómeno parasitario, puede hacer todo lo posible en su diseño:

(1) Seleccione un tamaño de agujero pasante razonable. Para diseños de PCB de uso general de múltiples capas, se prefieren las vías de 0.25 mm / 0.51 mm / 0.91 mm (aislamiento de agujero / almohadilla / POTENCIA); para algunos PCB de alta densidad, también se pueden usar 0,20 mm / 0,46 mm / 0,86 mm. Y también trate de no usar vias; para vías con alimentación o tierra, considere usar tamaños más grandes para reducir la impedancia;

(2) Cuanto mayor es el área de aislamiento de POWER, mejor es la densidad de los orificios de paso en la PCB, generalmente D1 = D2 0.41;

(3) Los rastros de señal en la PCB no deben cambiarse tanto como sea posible, es decir, los agujeros pasantes deben minimizarse;

(4) El uso de un PCB más delgado ayuda a reducir los dos parámetros parásitos de la vía;

(5) Los pines de alimentación y tierra deben estar cerca de las vías. Cuanto más cortos son los cables entre las vías y los pines, mejor, ya que causan un aumento de la inductancia. Al mismo tiempo, los cables de alimentación y tierra deben ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia;

(6) Coloque algunas vías de tierra cerca de los agujeros pasantes de la capa de conversión de señal para proporcionar circulación de corta distancia para las señales.

Por supuesto, se requiere un análisis específico de problemas específicos en el momento del diseño. Teniendo en cuenta el costo y la calidad de la señal, en el diseño de PCB de alta velocidad, los diseñadores siempre quieren que la vía sea lo más pequeña posible, dejando más espacio de cableado en el tablero. Además, cuanto más pequeño es el orificio de paso, más pequeña es su propia capacitancia parásita y mejor es el circuito de alta velocidad. En los diseños de PCB de alta densidad, el uso de vías no reducidas y de tamaño reducido también aumenta el costo, y el tamaño de las vías no se puede reducir indefinidamente. Es perforado y cableado por el fabricante de PCB.