En la actualidad, el diseño de PCB de alta velocidad se ha aplicado ampliamente en numerosos campos como las telecomunicaciones, la informática y el procesamiento de gráficos e imágenes, y todos los productos de alto valor tecnológico añadido se diseñan orientados a un bajo consumo de energía, baja radiación electromagnética, alta fiabilidad, miniaturización y peso ligero. Para alcanzar estos objetivos, el diseño e implementación de la tecnología de montaje por orificio pasante (THT) es de suma importancia en el diseño de PCB de alta velocidad.
Tecnología de orificio pasante
El orificio pasante es una de las partes esenciales para el diseño de PCB multicapa. Un orificio pasante se compone de tres partes: vía, pad y área de aislamiento del plano de alimentación, lo cual puede verse en la siguiente imagen. El THT se obtiene mediante el recubrimiento de una capa de metal en la pared del orificio por deposición química, de modo que la lámina de cobre de cada capa interna o plano de una placa de circuito pueda conectarse entre sí. Los dos lados de los orificios pasantes se forman con la forma de un pad común, ambos pueden conectarse directamente con las pistas de las capas superior e inferior o también pueden mantenerse sin conexión. Un orificio pasante cumple la función de conexión eléctrica, fijación y posicionamiento de componentes.
En lo que respecta a THT, los orificios pasantes se clasifican generalmente en vía pasante, vía ciega y vía enterrada:
a. Vía pasanteatraviesa todas las capas de una placa de circuito, aplicable para la interconexión interna o para desempeñar la función de orificio de posicionamiento. Dado que las vías pasantes son viables tecnológicamente y de bajo costo, se aplican ampliamente en la mayoría de las PCB.
b. Ciego víase refiere al orificio responsable de la conexión entre las pistas de la superficie y las pistas internas por debajo a cierta profundidad. La relación entre la profundidad del vía y el diámetro del vía generalmente no excede un cierto valor.
c. Enterrado mediantese refiere a la conexión a través de capas internas, que no pueden verse desde el aspecto de una placa PCB porque no se extienden hasta la superficie de la placa de circuito.
Tanto los orificios ciegos como los orificios enterrados se encuentran en las capas internas de la placa de circuito y se generan antes del laminado.
Capacitancia parasitaria en THT
Los orificios pasantes presentan una capacitancia parasitaria hacia tierra. El diámetro del orificio de aislamiento en el plano de tierra esD2; el diámetro de la almohadilla de orificio pasante esD1; el grosor de la PCB esT; la constante dieléctrica del material del sustrato esε. Luego, la capacitancia parasitaria de los orificios pasantes puede calcularse mediante la fórmulaC=1,41εTD1/(D2-D1)
La principal influencia de la capacitancia parasitaria en el circuito es prolongar el tiempo de subida de las señales y reducir la velocidad de funcionamiento del circuito. Por lo tanto, cuanto menor sea la capacitancia parasitaria, mejor.
Inductancia parasitaria en THT
Los orificios pasantes también presentan inductancia parasitaria. En el proceso de diseño de circuitos digitales de alta velocidad, los riesgos resultantes de la inductancia parasitaria suelen ser mayores que los debidos a la capacitancia parasitaria. La inductancia serie parasitaria debilitará las funciones de la capacitancia de desacoplo y reducirá el efecto de filtrado de todo el sistema de alimentación. Cuando la inductancia de un orificio pasante se indica comoL, a través de la longitud del orificioh, diámetro del orificio comod, la inductancia parasitaria del orificio pasante puede calcularse de acuerdo con la fórmulaL=5,08h[En(4h/d)+1]
Según esa fórmula, el diámetro del orificio pasante rara vez se asocia con la inductancia y el factor que más afecta a la inductancia es la longitud del orificio pasante.
No THT (incluye vía ciega y vía enterrada)
Cuando se trata de aplicaciones que no son THT, el uso de vías ciegas y vías enterradas puede reducir drásticamente el tamaño y la calidad de la PCB, incluida la cantidad de capas,mejorar la compatibilidad electromagnética (EMC)y se minimizan los costos. Además, la tarea de diseño será mucho más sencilla. En el proceso tradicional de diseño y fabricación de PCB, los orificios pasantes suelen generar muchos problemas. En primer lugar, ocupan la mayor parte del espacio efectivo. En segundo lugar, una densidad demasiado alta de orificios pasantes supone un desafío para el trazado interno de una placa PCB.
En el diseño de PCB, aunque el tamaño de las almohadillas y de los orificios pasantes se reduce constantemente, la relación de aspecto aumentará cuando el grosor de la placa disminuya de forma no proporcional, y la fiabilidad se reducirá cuando la relación de aspecto aumente. Con la maduración de la tecnología de perforación láser y de la tecnología de grabado en seco por plasma, las microvías ciegas y enterradas no THT se han convertido en otra posibilidad. Cuando el diámetro de esos orificios es de 0,3 mm, los parámetros parásitos serán una décima parte de los de las vías tradicionales, aumentando la fiabilidad de la PCB.
Con la aplicación de vías no THT, el número de orificios pasantes grandes en la placa PCB disminuirá, por lo que se podrá dejar más espacio para el ruteo. El espacio restante puede utilizarse como un área de blindaje de gran tamaño para mejorar el rendimiento EMI/RFI. Además, más espacio restante también puede emplearse como blindaje parcial para componentes internos y cables de red clave, de modo que puedan ofrecer un rendimiento eléctrico óptimo. La aplicación de vías no THT facilita la penetración de los pines de los componentes, lo que permite un ruteo más sencillo para componentes de alta densidad de pines, como los componentes BGA (ball grid array).
Diseño THT en PCB ordinarias
La capacitancia parasitaria y la inductancia parasitaria rara vez influyen en los orificios pasantes durante la fase ordinaria de diseño de PCB. En lo que respecta al diseño de PCB de 1 a 4 capas, se pueden seleccionar orificios pasantes con diámetros de 0,36 mm, 0,61 mm o 1,02 mm respectivamente para la vía, la almohadilla y el área de aislamiento en el plano de tierra. Algunas trazas de señal con requisitos especiales pueden depender de orificios pasantes con diámetros de 0,41 mm, 0,81 mm y 1,32 mm.
Diseño THT en PCB de alta velocidad
De acuerdo con las propiedades parasitarias del THT mencionadas anteriormente, podemos ver que el THT que parece simple tiende a generar un gran efecto negativo en el diseño de circuitos endiseño de PCB de alta velocidad. Para reducir el efecto negativo derivado del efecto parasitario del THT, se proporcionan los siguientes consejos como referencia:
a.Se debe elegir un tamaño de THT adecuado. Cuando se trata de diseño de PCB con múltiples capas y densidad ordinaria, se debe seleccionar THT con parámetros de orificio pasante de 0,25 mm, 0,51 mm y 0,91 mm respectivamente para vías, pad y área de aislamiento. Las PCB de alta densidad también pueden seleccionar orificios pasantes con parámetros de 0,20 mm, 0,46 mm y 0,86 mm para vías, pad y área de aislamiento. El uso de no THT también es opcional. Para los orificios pasantes relacionados con potencia o tierra, se pueden seleccionar orificios pasantes de gran tamaño para reducir la impedancia.
b.Cuanto mayor sea el área de aislamiento en el plano de alimentación, mejor. En lo que respecta a la densidad de orificios pasantes, el valor deD1suele ser la suma deD2y 0,41 mm.
c.Es óptimo disponer las trazas de señal sin cruzar capas; es decir, se debe minimizar el número de orificios pasantes.
d.Se utiliza una PCB más delgada para favorecer la reducción de los parámetros parásitos.
e.Los orificios pasantes deben colocarse lo más cerca posible de los pines de alimentación y tierra, y las conexiones entre los THT y los pines deben ser lo más cortas posible, ya que esto mejorará la inductancia. Además, las pistas de alimentación y tierra pueden ser lo más gruesas posible para reducir la impedancia.
Por supuesto, los problemas específicos deben analizarse de manera específica durante la fase de diseño de la PCB. Hay otros dos aspectos que nunca se pueden evitar: el costo y la calidad de la señal. Deben hacerse consideraciones equilibradas durante el diseño de PCBs de alta velocidad para lograr una calidad de señal óptima con un costo aceptable.
El diseño de PCB de alta velocidad requiere un manejo eficaz de los THT para minimizar los efectos parásitos y mejorar la integridad de la señal. Los diseños que incorporan nuevos conceptos como las vías ciegas y enterradas proporcionan mayor eficiencia, menor tamaño y fiabilidad para la electrónica moderna.
PCBCart ofrece soluciones expertas de PCB con experiencia en THT y tecnologías de vías de última generación, garantizando precisión y un rendimiento de alto nivel. Nuestro enfoque personalizado se adapta a diversos requisitos, ofreciendo diseños económicos y de primera categoría. Confíe en PCBCart para sus necesidades de PCB de alto rendimiento. Solicite una cotización ahora y aproveche nuestra experiencia para impulsar sus proyectos electrónicos.
Solicite su cotización avanzada de diseño y distribución de PCB
También te puede interesar:
•Cómo diseñar vías ciegas/enterradas en circuitos digitales de alta velocidad
•¿Se deben eliminar o mantener las almohadillas no funcionales en los orificios metalizados de una PCB de alta velocidad?
•Investigación sobre el diseño de PCB de alta velocidad en sistemas de aplicación embebidos
•Cómo diseñar planos de imagen para PCB de alta velocidad
•Servicio completo de fabricación de PCB de PCBCart
•Servicio avanzado de ensamblaje de PCB llave en mano de PCBCart
