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                  高速PCB設計的過(guò)孔服務(wù)

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                  首頁(yè)  技術(shù)支持  資料中心高速PCB設計的過(guò)孔

                  高速PCB設計的過(guò)孔

                  發(fā)布時(shí)間:2016-08-18 08:15:36 分類(lèi):資料中心

                   中心議題:

                  過(guò)孔的分類(lèi) 過(guò)孔的寄生電容和寄生電感 非穿導孔技術(shù) 普通PCB的過(guò)孔選擇 高速PCB的過(guò)孔設計


                  目前高速PCB 的設計在通信、計算機、圖形圖像處理等領(lǐng)域應用廣泛,所有高科技附加值的電子產(chǎn)品設計都在追求低功耗、低電磁輻射、高可靠性、小型化、輕型化等特點(diǎn),為了達到以上目標,在高速PCB 設計中,過(guò)孔設計是一個(gè)重要因素。它由孔、孔周?chē)暮副P(pán)區和POWER 層隔離區組成,通常分為盲孔、埋孔和通孔三類(lèi)。在PCB 設計過(guò)程中通過(guò)對過(guò)孔的寄生電容和寄生電感分析,總結出高速PCB 過(guò)孔設計中的一些注意事項。

                  1、過(guò)孔

                  過(guò)孔是多層PCB 設計中的一個(gè)重要因素,一個(gè)過(guò)孔主要由三部分組成,一是孔;二是孔周?chē)暮副P(pán)區;三是POWER 層隔離區。過(guò)孔的工藝過(guò)程是在過(guò)孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤(pán)形狀,可直接與上下兩面的線(xiàn)路相通,也可不連。過(guò)孔可以起到電氣連接,固定或定位器件的作用。過(guò)孔示意圖如圖1 所示。

                  過(guò)孔一般又分為三類(lèi):盲孔、埋孔和通孔。

                  盲孔,指位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線(xiàn)路和下面的內層線(xiàn)路的連接,孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。

                  埋孔,指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔,它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。

                  盲孔與埋孔兩類(lèi)孔都位于線(xiàn)路板的內層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過(guò)孔形成過(guò)程中可能還會(huì )重疊做好幾個(gè)內層。

                  通孔,這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板,可用于實(shí)現內部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現,成本較低,所以一般印制電路板均使用通孔。過(guò)孔的分類(lèi)如圖2 所示。

                  2、過(guò)孔的寄生電容

                  過(guò)孔本身存在著(zhù)對地的寄生電容,若過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過(guò)孔焊盤(pán)的直徑為D1,PCB的厚度為T(mén),板基材介電常數為ε,則過(guò)孔的寄生電容大小近似于:
                  C =1.41εTD1/(D2-D1)

                  過(guò)孔的寄生電容會(huì )給電路造成的主要影響是延長(cháng)了信號的上升時(shí)間,降低了電路的速度,電容值越小則影響越小。

                  3、過(guò)孔的寄生電感

                  過(guò)孔本身就存在寄生電感,在高速數字電路的設計中,過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì )削弱旁路電容的作用,減弱整個(gè)電源系統的濾波效用。若L指過(guò)孔的電感,h是過(guò)孔的長(cháng)度,d是中心鉆孔的直徑,過(guò)孔的寄生電感近似于:L=5.08h[ln(4h/d)+1]

                  從式中可以看出,過(guò)孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響大的是過(guò)孔的長(cháng)度。

                  4、非穿導孔技術(shù)

                  非穿導孔包含盲孔和埋孔。

                  在非穿導孔技術(shù)中,盲孔和埋孔的應用,可以極大地降低PCB的尺寸和質(zhì)量,減少層數,提高電磁兼容性,增加電子產(chǎn)品特色,降低成本,同時(shí)也會(huì )使得設計工作更加簡(jiǎn)便快捷。在傳統PCB設計和加工中,通孔會(huì )帶來(lái)許多問(wèn)題。首先它們占居大量的有效空間,其次大量的通孔密集一處也對多層PCB內層走線(xiàn)造成巨大障礙,這些通孔占去走線(xiàn)所需的空間,它們密集地穿過(guò)電源與地線(xiàn)層的表面,還會(huì )破壞電源地線(xiàn)層的阻抗特性,使電源地線(xiàn)層失效。且常規的機械法鉆孔將是采用非穿導孔技術(shù)工作量的20倍。

                  在PCB設計中,雖然焊盤(pán)、過(guò)孔的尺寸已逐漸減小,但如果板層厚度不按比例下降,將會(huì )導致通孔的縱橫比增大,通孔的縱橫比增大會(huì )降低可靠性。隨著(zhù)先進(jìn)的激光打孔技術(shù)、等離子干腐蝕技術(shù)的成熟,應用非貫穿的小盲孔和小埋孔成為可能,若這些非穿導孔的孔直徑為0.3mm,所帶來(lái)的寄生參數是原先常規孔的1/10左右,提高了PCB的可靠性。

                  由于采用非穿導孔技術(shù),使得PCB上大的過(guò)孔會(huì )很少,因而可以為走線(xiàn)提供更多的空間。剩余空間可以用作大面積屏蔽用途,以改進(jìn)EMI/RFI性能。同時(shí)更多的剩余空間還可以用于內層對器件和關(guān)鍵網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行部分屏蔽,使其具有佳電氣性能。采用非穿導孔,可以更方便地進(jìn)行器件引腳扇出,使得高密度引腳器件(如BGA 封裝器件)很容易布線(xiàn),縮短連線(xiàn)長(cháng)度,滿(mǎn)足高速電路時(shí)序要求。

                  5、普通PCB 中的過(guò)孔選擇

                  在普通PCB 設計中,過(guò)孔的寄生電容和寄生電感對PCB 設計的影響較小,對1-4層PCB 設計,一般選用0.36mm/0.61mm/1.02mm(鉆孔/ 焊盤(pán)/POWER 隔離區)的過(guò)孔較好,一些特殊要求的信號線(xiàn)(如電源線(xiàn)、地線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm 的過(guò)孔,也可根據實(shí)際選用其余尺寸的過(guò)孔。

                  6、高速PCB 中的過(guò)孔設計

                  通過(guò)上面對過(guò)孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB 設計中,看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì )給電路的設計帶來(lái)很大的負面效應。為了減小過(guò)孔的寄生效應帶來(lái)的不利影響,在設計中可以盡量做到:

                  (1)選擇合理的過(guò)孔尺寸。對于多層一般密度的PCB 設計來(lái)說(shuō),選用0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤(pán)/ POWER 隔離區)的過(guò)孔較好;對于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過(guò)孔,也可以嘗試非穿導孔;對于電源或地線(xiàn)的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗;

                  (2)POWER 隔離區越大越好,考慮PCB 上的過(guò)孔密度,一般為D1=D2+0.41;

                  (3)PCB 上的信號走線(xiàn)盡量不換層,也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔;

                  (4)使用較薄的PCB 有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數;

                  (5)電源和地的管腳要就近過(guò)孔,過(guò)孔和管腳之間的引線(xiàn)越短越好,因為它們會(huì )導致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線(xiàn)要盡可能粗,以減少阻抗;

                  (6)在信號換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔,以便為信號提供短距離回路。

                  當然,在設計時(shí)還需具體問(wèn)題具體分析。從成本和信號質(zhì)量?jì)煞矫婢C合考慮,在高速PCB 設計時(shí),設計者總是希望過(guò)孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線(xiàn)空間,此外,過(guò)孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。在高密度PCB設計中,采用非穿導孔以及過(guò)孔尺寸的減小同時(shí)帶來(lái)了成本的增加,而且過(guò)孔的尺寸不可能無(wú)限制地減小,它受到PCB 廠(chǎng)家鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制,在高速PCB 的過(guò)孔設計中應給以均衡考慮。

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