Что такое переходное отверстие?
Переходное отверстие (Vertical Interconnect Access) - это металлизированное отверстие в печатной плате, которое создает электрические соединения между различными слоями меди. Переходные отверстия необходимы для трассировки сигналов и питания через многослойные платы, но они вносят паразитные эффекты, которые могут ухудшитьцелостность сигналана высоких частотах.
Ключевая информация
На частотах выше 1 ГГц переходное отверстие - это уже не просто соединение, а разрывлинии передачис собственным импедансом, индуктивностью и емкостью. Понимание этих паразитных эффектов имеет решающее значение для современного высокоскоростного проектирования, включая USB 3.x,PCIe иEthernet 10G+.
Типичное переходное отверстие состоит из нескольких компонентов:
- Ствол: Металлизированный цилиндр через плату
- Контактная площадка: Медная область вокруг отверстия на каждом слое
- Кольцевое кольцо: Медное кольцо между отверстием и краем площадки
- Антиплощадка: Отверстие зазора в плоскостных слоях
Типы переходных отверстий объяснены
Выбор правильного типа переходного отверстия имеет решающее значение для баланса между стоимостью, технологичностью и производительностью. Вот подробное сравнение каждого типа и когда их использовать:
Сквозное переходное отверстие (PTH)
Соединяет все слои сверху вниз. Наиболее распространенный и экономичный тип.
Преимущества
- Самая низкая стоимость
- Простое производство
- Высокая надежность
Недостатки
- Создает заглушку на сигнальных слоях
- Использует пространство трассировки на всех слоях
- Не подходит для высокой плотности
Лучше всего для
Общая трассировка, распределение питания, низкоскоростные сигналы
Слепое переходное отверстие
Соединяет внешний слой с одним или несколькими внутренними слоями, но не проходит через всю плату.
Преимущества
- Нет заглушки на противоположной стороне
- Лучше для высокой скорости
- Экономит пространство трассировки
Недостатки
- Более высокая стоимость
- Более сложное производство
- Требуется последовательное ламинирование
Лучше всего для
Высокоскоростные сигналы, платы HDI, конструкции с ограниченным пространством
Скрытое переходное отверстие
Соединяет только внутренние слои, невидим с обеих поверхностей.
Преимущества
- Максимальная плотность трассировки
- Без влияния на поверхность
- Отлично для HDI
Недостатки
- Самая высокая стоимость
- Сложное производство
- Ограниченная ремонтопригодность
Лучше всего для
HDI конструкции, мобильные устройства, многослойные платы
Микропереходное отверстие
Маленькое лазерное переходное отверстие (≤150µm), соединяющее смежные слои.
Преимущества
- Минимальные паразитные эффекты
- Наивысшая плотность
- Лучше всего для высокой скорости
Недостатки
- Ограниченное соотношение сторон
- Требуется лазерное сверление
- Стоимость за отверстие выше
Лучше всего для
BGA фанаут, PCB для смартфонов, продвинутая упаковка
Часто задаваемые вопросы
Что такое заглушка переходного отверстия и почему это важно?
Заглушка переходного отверстия - это неиспользуемая часть сквозного переходного отверстия, которая выходит за пределы сигнального слоя. На высоких частотах (>3 ГГц) эта заглушка действует как антенна, вызывая резонанс и отражение сигнала. Заглушка создает резонанс на четверти длины волны при f = c/(4×L×√εr), где L - длина заглушки. Для заглушки 40 мил в FR-4 резонанс возникает около 9 ГГц, значительно ухудшая сигналы, такие как PCIe Gen4 или USB 3.2.
Когда следует использовать обратное сверление?
Используйте обратное сверление когда: (1) Частоты сигнала превышают 5 ГГц, (2) Заглушки переходных отверстий длиннее 10 мил, (3) Бюджет потерь на вставку ограничен, (4) Вы проектируете PCIe Gen4+, Ethernet 25G или аналогичные высокоскоростные интерфейсы. Обратное сверление обычно удаляет заглушку до 8-10 мил от сигнального слоя. Увеличение стоимости составляет 10-20%, но значительно улучшает целостность сигнала.
Как рассчитать индуктивность переходного отверстия?
Индуктивность переходного отверстия можно приблизить как: L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH, где h - высота переходного отверстия в дюймах, d - диаметр переходного отверстия. Типичное переходное отверстие 10 мил через плату 62 мил имеет ~1 nH индуктивности. Уменьшите индуктивность: используя переходные отверстия большего диаметра, добавляя заземляющие переходные отверстия рядом, используя несколько параллельных переходных отверстий для питания, или используя микропереходные отверстия для более коротких путей.
Что такое переходное отверстие в контактной площадке и когда его использовать?
Переходное отверстие в контактной площадке размещает переходное отверстие непосредственно в контактной площадке компонента, а не выводит к отдельному переходному отверстию. Используйте для: BGA с мелким шагом (<0.8мм), управления температурой (силовые устройства), высокочастотных развязывающих конденсаторов и проектов с ограниченным пространством. Переходное отверстие должно быть заполнено и выровнено (процесс VIPPO) для обеспечения надлежащей пайки. Это добавляет ~$0.02-0.05 за переходное отверстие, но позволяет создавать более плотные конструкции.
Сколько заземляющих переходных отверстий нужно вокруг сигнального переходного отверстия?
Для оптимального пути возврата сигнала: используйте не менее 2 заземляющих переходных отверстий на сигнальное переходное отверстие для однополярных сигналов, 4-6 заземляющих переходных отверстий для дифференциальных пар. Размещайте заземляющие переходные отверстия в пределах 20 мил от сигнальных переходных отверстий для частот выше 5 ГГц. Это поддерживает импеданс через переход переходного отверстия и минимизирует индуктивность. Для очень высоких частот (>25 ГГц) рассмотрите клетки переходных отверстий или коаксиальные структуры переходных отверстий.