Несколько моментов, требующих внимания при проектировании сквозных отверстий для высокоскоростных печатных плат

Конструкция сквозного отверстия является важным фактором при проектировании высокоскоростной печатной платы и состоит из отверстия, области контактной площадки вокруг отверстия и области изоляции слоя POWER. Обычно он делится на слепое отверстие, скрытое отверстие и сквозное отверстие. В процессе проектирования печатной платы анализируются паразитная емкость и индуктивность сквозного отверстия, и обобщаются некоторые вопросы, требующие внимания при проектировании высокоскоростных сквозных печатных плат.

В настоящее время проектирование высокоскоростных печатных плат широко используется в области связи, компьютеров, графики и обработки изображений. Все высокотехнологичные электронные продукты с добавленной стоимостью предназначены для достижения характеристик низкого энергопотребления, низкого электромагнитного излучения, высокой надежности, миниатюризации, легкости и так далее. Для достижения вышеуказанных целей конструкция сквозного отверстия является важным фактором при проектировании высокоскоростной печатной платы.

1. Сквозное отверстие

Перфорация является важным фактором при проектировании многослойных печатных плат. Перфорация в основном состоит из трех частей: одна - отверстие, вторая - область сварочной площадки вокруг отверстия, третья - область изоляции слоя POWER. Процесс прохождения отверстия заключается в нанесении слоя металла на цилиндрическую поверхность стенки отверстия методом химического осаждения для соединения медной фольги в середине каждого слоя, а верхняя и нижняя стороны отверстия выполнены в виде обычной площадки, которая может быть непосредственно соединена с верхней и нижней сторонами линии, но также не соединена. Отверстие можно использовать для электрического соединения, фиксации или позиционирования компонентов.

Слепое отверстие: отверстие на верхней и нижней поверхностях печатной платы,определенной глубины, используемое для соединения поверхностной схемы с внутренней схемой внизу, Глубина отверстия обычно не более определенного отношения апертуры.

Скрытое отверстие относится к соединительному отверстию, расположенному во внутреннем слое печатной платы, которое не выходит на поверхность печатной платы.

Как слепые, так и скрытые отверстия расположены во внутреннем слое печатной платы, который завершается процессом формования сквозных отверстий перед ламинированием.Несколько внутренних слоев могут перекрываться в процессе формирования сквозных отверстий.

Сквозное отверстие. Это отверстие проходит через всю печатную плату и может использоваться для внутреннего соединения или в качестве установочного отверстия для установки компонентов.Поскольку сквозное отверстие в процессе легче реализовать, стоимость ниже, поэтому используется обычная печатная плата.

2. Паразитная емкость через отверстие

Через само отверстие имеется паразитная емкость на землю. Если диаметр изоляционного отверстия через отверстие в слое укладки равен D2, диаметр сварочной пластины через отверстие равен D1, толщина печатной платы равна T, а диэлектрическая проницаемость подложки равна ε, то паразитная емкость через отверстие приблизительно равна:

C =1.41εTD1/(D2-D1)

Основное влияние паразитной емкости через отверстие на цепь заключается в увеличении времени нарастания сигнала и снижении скорости цепи. Чем меньше значение емкости, тем меньше будет влияние..

3. Паразитная индуктивность через отверстие

В конструкции высокоскоростной цифровой схемы вред, причиняемый паразитной индуктивностью, часто больше, чем влияние паразитной емкости. Паразитная последовательная индуктивность через отверстие ослабит эффект обходного конденсатора и ослабит эффект фильтрации всей системы питания. Если L относится к индуктивности отверстия, h — длина отверстия, d — диаметр центрального отверстия.

Паразитная индуктивность через отверстие примерно равна:

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

Из формулы видно, что диаметр сквозного отверстия мало влияет на индуктивность, а наибольшее влияние на индуктивность оказывает длина сквозного отверстия.

4. Технология неперфорированного пилотного отверстия

К неперфорированным пилотным отверстиям относятся слепые отверстия и скрытые отверстия.

В технологии неперфорированных пилотных отверстий применение слепых и скрытых отверстий может значительно уменьшить размер и качество печатной платы, уменьшить количество слоев, улучшить электромагнитную совместимость, улучшить характеристики электронных продуктов, снизить затраты, а также сделать работу по проектированию более удобной и быстрой. При традиционном проектировании и обработке печатных плат сквозное отверстие может вызвать много проблем. Во-первых, они занимают большое количество полезного пространства. Во-вторых, большое количество сквозных отверстий сосредоточено вместе, что также создает огромные препятствия для разводки внутреннего слоя многослойной печатной платы. Эти сквозные отверстия занимают пространство, необходимое для проводки. А обычное механическое бурение потребует в 20 раз больше работы, чем использование технологии неперфорированного пилотного отверстия.

В проектировании печатной платы, несмотря на то, что размер контактной площадки и сквозного отверстия постепенно уменьшался, если толщина пластины не уменьшается пропорционально, это приведет к увеличению соотношения сторон сквозного отверстия, что снизит надежность. Со зрелостью передовой технологии лазерного сверления и технологии плазменной сухой коррозии стало возможным применять непроникающие небольшие слепые отверстия и небольшие скрытые отверстия. Если диаметр отверстия этих непроникающих направляющих отверстий составляет 0,3 мм, вносимые ими паразитные параметры составляют около 1/10 от исходных обычных отверстий, что повышает надежность печатной платы.

Из-за технологии несквозных отверстий на печатной плате меньше больших сквозных отверстий, что обеспечивает больше места для проводки. Оставшееся пространство можно использовать для маскирования больших площадей, чтобы улучшить характеристики электромагнитных/радиочастотных помех. В то же время больше оставшегося пространства можно использовать внутри для частичного экранирования компонентов и основных сетевых кабелей для достижения оптимальных электрических характеристик. Благодаря использованию неперфорированных направляющих отверстий более удобно развести контакты устройства веером, что упрощает подключение устройств с высокой плотностью контактов (таких как устройства в корпусах BGA), сокращает длину линии и отвечает требованиям высокоскоростной синхронизации цепи.

5. Выбор отверстий в обычной печатной плате

В обычной конструкции печатной платы паразитная емкость и паразитная индуктивность отверстия мало влияют на конструкцию печатной платы. Для 1-4-слойной печатной платы отверстие размером 0,36 мм/0,61 мм/1,02 мм (отверстие/площадка/зона изоляции POWER) обычно выбирается как наилучшее. Для сигнальных кабелей с особыми требованиями (таких как кабели питания, кабели заземления и кабели часов) можно выбрать отверстия 0,41 мм, 0,81 мм и 1,32 мм. Другие отверстия также могут быть выбраны в соответствии с фактическими условиями.

6. Проектирование отверстий в высокоскоростной печатной плате

Приведенный выше анализ паразитных характеристик отверстий показывает, что при проектировании высокоскоростных печатных плат кажущиеся простыми отверстия часто оказывают большое негативное влияние на конструкцию схемы.Чтобы уменьшить неблагоприятные эффекты, вызванные паразитным эффектом отверстия, конструкция может быть, насколько это возможно: 

(1) Выберите разумный размер отверстия. Для многослойной конструкции печатной платы общей плотности лучше выбрать сквозное отверстие 0,25 мм / 0,51 мм / 0,91 мм (просверленная площадка / зона изоляции POWER); Для некоторых печатных плат высокой плотности также можно использовать сквозное отверстие 0,20 мм/0,46 мм/0,86 мм, также можно попробовать несквозное направляющее отверстие; Для источника питания или заземляющего провода можно использовать отверстие большего размера, чтобы уменьшить импеданс;

(2) Чем больше площадь изоляции POWER, тем лучше. Учитывая плотность пор на печатных платах, обычно она составляет D1=D2 0,41;

(3) Маршрутизация сигналов на печатной плате не должна, насколько это возможно, менять слои, то есть максимально уменьшать отверстия;

(4) Использование более тонкой печатной платы выгодно для уменьшения двух видов паразитных параметров через отверстие;

(5) Штырь источника питания и заземления должны быть выполнены до ближайшего отверстия. Чем короче провод между отверстием и штифтом, тем лучше, потому что они приведут к увеличению индуктивности. В то же время провода питания и заземления должны быть максимально толстыми, чтобы уменьшить импеданс;

(6) Некоторые отверстия заземления расположены рядом с отверстиями для разделения сигналов, чтобы обеспечить короткое расстояние для сигнала.

Конечно, при проектировании нужен конкретный анализ. Учитывая как стоимость, так и качество сигнала, при проектировании высокоскоростной печатной платы разработчик всегда хочет, чтобы отверстие было как можно меньше, шаблон может оставить больше места для проводки, кроме того, отверстие меньше, его собственная паразитная емкость меньше, что больше подходит для высокоскоростных схем. При проектировании печатных плат высокой плотности использование несквозных отверстий и уменьшение размера сквозных отверстий также приводит к увеличению стоимости, а размер сквозных отверстий не может быть уменьшен до бесконечности, он ограничен производителями печатных плат технологией сверления и гальванического покрытия, поэтому при проектировании высокоскоростных сквозных печатных платследует уделить должное внимание.