Ne hagyja, hogy a PCB-csatlakozók tönkretegyék az egész kártyát

Ne hagyd, hogy a NYÁK-on lévő furatok tönkretegyék az egész panelt! A furatok a többrétegű NYÁK-ok elengedhetetlen részét képezik , a fúrási költségek jellemzően a NYÁK gyártási költségeinek 30-40%-át teszik ki. Egyszerűen fogalmazva, a NYÁK-on lévő minden furatot furatnak nevezhetünk.

PCB fúrás osztályozása

Funkcionális szempontból a viák két kategóriába sorolhatók:

Elektromos csatlakozás a rétegek között: A PCB különböző rétegeinek elektromos csatlakoztatására szolgál.
Rögzítés vagy elhelyezés az alkatrészekhez: Az alkatrészek rögzítésére vagy elhelyezésére szolgál.

A folyamat szempontjából ezek a csatornák általában három típusra oszthatók:

Vak, eltemetett és átmenő csatornák.

Vakátmenetek: A NYÁK felső és alsó felületén találhatók, ezeknek a nyílásoknak van egy bizonyos mélysége, és a felületi nyomok és a belső rétegnyomok összekapcsolására szolgálnak. A furat mélysége általában nem halad meg egy bizonyos arányt (átmérőt).
Eltemetett átmenetek: Ezek a NYÁK belső rétegeiben található átmenetek, nem nyúlnak ki a tábla felületéig. Mindkét ilyen típusú átmenőnyílás a PCB belső rétegeiben található, és laminálás előtt alakítják ki átmenőlyuk-formázó eljárásokkal, amelyek átfedhetnek több belső réteget a nyílás kialakítása során.
Átviteleken keresztül: Ezek a nyílások áthaladnak a teljes NYÁK-on, és használhatók belső összekapcsolásra vagy az alkatrészek rögzítőfurataiként.

A gyártási folyamatban való könnyebb megvalósításuk és az alacsonyabb költségek miatt a nyomtatott áramköri lapok túlnyomó többsége átmenő átmeneteket használ, nem pedig a másik két típusú átmenetet. Eltérő rendelkezés hiányában az alább említett átmenetek átmeneten keresztülinek minősülnek.

Tervezési szempontból a via főként két részből áll:

• Átvezető alkatrészek és tervezési szempontok : A NYÁK- ban lévő átvezető egy központi fúrólyukból áll, amelyet egy pad-terület vesz körül, ahol ezen alkatrészek méretei határozzák meg az átvezető átmérőjének teljes méretét. Nagy sebességű és nagy sűrűségű NYÁK-kialakításoknál az átvezető átmérő méretének minimalizálása kulcsfontosságú az útvonaltervezési tér optimalizálása és a parazita kapacitás csökkentése érdekében, ami javítja az alkalmasságot a nagy sebességű áramkörökhöz.

• Költség- és méretkorlátok : A méretcsökkentés azonban növeli a gyártási költségeket a hosszabb fúrási idők és a fúrás és galvanizálás során fellépő pozicionálási eltérések miatt. Amikor a furat mélysége meghaladja az átmérőjének hatszorosát, a furatfal mentén az egyenletes rézbevonat biztosítása kihívást jelent, ami mind a költségekre, mind a gyárthatóságra hatással van.

• Technológiai fejlesztések és mikrofuratok : A lézerfúró technológia legújabb fejlesztései lehetővé tették a kisebb furatok használatát. A 6 mil vagy annál kisebb átmérőjű furatokat mikrofuratoknak nevezik, és gyakran alkalmazzák a HDI- kialakításokban. Ezek a mikrofuratok támogatják a „via-in-pad” konfigurációkat, jelentősen javítva az áramkör teljesítményét és megtakarítva a vezetékezési helyet a NYÁK-on.

• Jelintegritási aggályok : Az átvezető utak impedancia-folytonossági problémákat okoznak az átviteli vezetékekben, ami jelvisszaverődésekhez vezethet. Az átvezető utak impedanciája körülbelül 12%-kal alacsonyabb, mint az átviteli vezetéké, ami az impedancia kismértékű csökkenését okozza. Ennek ellenére a tényleges reflexiós együttható minimális, jellemzően 0.06 körül van, a jól átgondolt tervezési gyakorlatoknak és gyártási technikáknak köszönhetően.

• Parazita kapacitás és induktivitás : A NYÁK-tervezés során a furatokkal kapcsolatos elsődleges kihívások a kapacitás és az induktivitáshoz hasonló parazita hatások kezelése. Ezek a tényezők kritikus fontosságúak a nagyfrekvenciás tervekben, ahol a jelminőség fenntartása és az átviteli veszteségek minimalizálása kiemelkedő fontosságú.

 Vias parazita kapacitása és induktivitása

Vias parazita kapacitása

Maguknak a Viáknak is van parazita kapacitása a földhöz képest. Ha az alaprétegen lévő átvezető szigetelőfurat átmérője ismert, hogy D2, és a nyílás párna átmérője D1, a PCB vastagsága T és a szubsztrát dielektromos állandója ε, akkor a via parazita kapacitása kb. :

C=1.41εTD1/(D2−D1)

A via parazita kapacitása elsősorban a jel felfutási idejét befolyásolja, csökkentve az áramkör sebességét. Például egy 50 mil vastagságú PCB-nél, ha egy 10 mil belső átmérőjű és 20 mil átmérőjű betétet használunk, és a betét és az őrölt réz terület közötti távolság 32 mil, a parazita a via kapacitása hozzávetőlegesen a következőképpen számítható ki:

C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032−0.020)=0.517pF

Az emelkedési idő változása, amelyet ez a kapacitás okoz:

T10−90​=2.2C(Z0​/2)=2.2×0.517×(55/2)=31.28ps

Bár az egyetlen átmenő kapacitásának a felfutási időre gyakorolt ​​hatása nem túl nyilvánvaló, ha a vias-okat többször is felhasználják a rétegközi kapcsolás során, a tervezőknek ezt alaposan meg kell fontolniuk.

Vias parazita induktivitása

Viák parazita induktivitása Hasonlóképpen, míg a via-oknak van parazita kapacitása, parazita induktivitása is van. A nagy sebességű digitális áramkörök tervezésénél a vias parazita induktivitása által okozott kár gyakran nagyobb, mint a parazita kapacitásé. Parazita soros induktivitása gyengíti a bypass kapacitás hozzájárulását és gyengíti a teljes táprendszer szűrőhatását.

A következő képlet segítségével számíthatjuk ki a via hozzávetőleges parazita induktivitását:

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

Ahol L az átmenő induktivitása, h a nyílás hossza, és d a középső furat átmérője. A képletből látható, hogy a via átmérője viszonylag kis mértékben befolyásolja az induktivitást, míg a via hossza az induktivitást. A fenti példa segítségével a via induktivitását a következőképpen számíthatjuk ki:

L=5.08×0.050[ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH

Ha a jel felfutási ideje 1 ns, akkor ekvivalens impedanciája:

XL=πL/T10-90​=3.19Ω

Az ilyen impedanciát nem lehet figyelmen kívül hagyni, amikor nagyfrekvenciás áram halad át rajta. Különösen, ha a bypass kondenzátort a táp- és a földréteghez csatlakoztatja, két átmenőn kell áthaladnia, ami megduplázza a via parazita induktivitását.

Nagy sebességű PCB-k tervezésén keresztül

A vias parazita jellemzőinek fenti elemzéséből látható, hogy a nagysebességű PCB tervezésben az egyszerűnek tűnő átmenetek gyakran jelentős negatív hatásokat hozhatnak az áramkör tervezésére.

A vias parazita hatásainak káros hatásainak csökkentése érdekében lehetőség szerint a következő tartalmak rendezhetők a tervezésben:

Válasszon ésszerű méretű átmeneteket, figyelembe véve mind a költségeket, mind a jelminőséget. Például a 6-10 rétegű memóriamodulok PCB-tervezéséhez jobb, ha 10/20 mil átmérőjű vias-okat használunk (fúró furat/párna). Egyes nagy sűrűségű kis tábláknál kipróbálhatja a 8/18 mils vias használatát is. A jelenlegi technológiai viszonyok között a kisebb VI-k használata nehézkes. Tápellátás vagy földelés esetén fontolja meg a nagyobb méretek használatát az impedancia csökkentése érdekében.

Amint azt fentebb tárgyaltuk, a vékonyabb PCB használata előnyös a vias két parazita paraméterének csökkentésében.
A táp- és a földelő érintkezőket a lehető legközelebb kell elhelyezni az átmenetekhez, a vezetékek és a csapok közötti vezetékek pedig a lehető legrövidebbek legyenek, mert növelik az induktivitást. Ugyanakkor az impedancia csökkentése érdekében a táp és a föld vezetékeinek a lehető legvastagabbnak kell lenniük.

Próbálja minimalizálni a VI-ok használatát a jeltovábbításhoz a NYÁK-on, vagyis próbálja meg csökkenteni a felesleges átvezetéseket.
Helyezzen néhány földelő átmenőt a csatlakozók közelébe, ahol a jel rétegeket vált, hogy a jel közeli visszatérési útvonalát biztosítsa. Akár nagyszámú redundáns földelő átvezetést is elhelyezhet a PCB-n. Természetesen rugalmasságra és változtathatóságra is szükség van a tervezésben.

A via modell fenti tárgyalása feltételezi, hogy minden rétegnek vannak párnái. Néha csökkenthetjük vagy akár megszüntethetjük is a párnákat egyes rétegeken. Különösen akkor, ha az átmenőnyílások sűrűsége nagyon magas, ez egy rés kialakulását okozhatja a rézrétegben egy záróhurkot. A via helyzetének elmozdítása mellett megfontolhatjuk a via párna méretének csökkentését is a rézrétegen.

Összegzés

A PCB-átmenetek a többrétegű PCB-k kulcsfontosságú összetevői, és a gyártási költségek jelentős részét teszik ki. A nyílásokat funkciójuk alapján osztályozzák, hogy elektromos kapcsolatot biztosítanak a rétegek között, vagy az alkatrészek rögzítéseként szolgálnak. A folyamat szempontjából az átjárókat vak, eltemetett és átmenő csatornákra osztják. Míg a vak és eltemetett átmenetek a nyomtatott áramköri lap belső rétegeiben helyezkednek el, az átmenők áthaladnak az egész kártyán.

A tervezők kisebb furatokat céloznak meg a nagy sebességű és nagy sűrűségű NYÁK-okban , hogy maximalizálják a vezetékezési helyet és csökkentsék a parazita kapacitást. A méretcsökkentésnek azonban vannak korlátai az olyan gyártási korlátok miatt, mint a fúrás és a galvanizálás. A lézeres fúrási technológia fejlődése lehetővé tette a mikrofuratok használatát, ami javítja az áramkör teljesítményét és helyet takarít meg.

Előnyeik ellenére az átmenetek impedancia-megszakadásokat okozhatnak az átviteli vonalakon, minimális jelvisszaverődést okozva. Az átmenetekkel kapcsolatos fő problémák a parazita kapacitással és induktivitással kapcsolatosak, amelyek befolyásolhatják a jel sebességét és a szűrést a nagy sebességű digitális áramkörökben. E hatások mérséklése érdekében a tervezőknek alaposan meg kell fontolniuk a méret, az elhelyezés és az útválasztási stratégiákat a nagy sebességű PCB-tervezéseknél.