Введение
Считайте печатную плату цифровым сердцем любого любимого устройства — смартфонов, ноутбуков и умных холодильников. Это сложная структура проводящих путей, которые передают данные, распределяют питание и компоненты для связи. Но как все может работать без сбоев на плоской, двумерной поверхности?
Вот где полезны сквозные отверстия печатной платы. Эти неприметные отверстия, обычно меньше булавочной головки, работают как мосты, соединяющие разные слои печатных плат, помогая сигналам и питанию быстро проходить между слоями. Без сквозных отверстий наши устройства были бы тяжелыми, менее эффективными и не были бы такими сложными, как сейчас.
Итак, исследуя интригующий мир переходных отверстий печатных плат, мы рассмотрим их различные типы, повседневные функции и важную роль, которую они играют в обеспечении нашей технологически продвинутой, технологически движимой жизни. Приготовьтесь получить миниатюрные чудеса, которые обеспечивают бесперебойную работу наших устройств, и узнайте, как эти компоненты формируют будущее электроники. Итак, начнем.
Что такое Via в печатной плате?
Сквозное отверстие означает «вертикальный межсоединительный доступ», небольшое цилиндрическое отверстие или канал, являющийся центральным для многослойных печатных плат. Сквозные отверстия в основном сконфигурированы для создания электрических соединений между слоями плат и помогают передавать различные параметры, такие как сигналы и питание, с одной стороны платы на другую. Сквозные отверстия необходимы, поскольку они помогают создавать сложные схемы на одной печатной плате, что снижает стоимость и экономит место. Обычно их изготавливают путем сверления отверстий через ламинаты платы, а затем покрытия отверстий медью. В результате были созданы токопроводящие пути между слоями. Мы также можем делать сквозные отверстия, помещая медные цилиндры непосредственно в просверленные отверстия.
Каковы компоненты переходных отверстий печатной платы?
Переходное отверстие печатной платы состоит из трех основных компонентов:
●
Ствол: Ствол — это цилиндр или трубчатый компонент, проходящий через плату. Он связывает различные слои платы и помогает протекать электрическим сигналам или передавать тепло между этими слоями. Ствол переходного отверстия создается из меди и покрывается для обеспечения хорошей электропроводности. Также используются другие материалы, такие как золото или никель.
● Pad: Площадка — это круглая, плоская или прямоугольная поверхность в верхнем и нижнем слоях платы, которая обеспечивает точку соединения для компонентов или дорожек. Она больше, чем ствол, чтобы иметь стабильное соединение с дорожками или компонентами. Она создана из меди и может быть покрыта для повышения паяемости. Площадка обеспечивает механическое и электрическое соединение между стволом и дорожкой или компонентом.
● Антипад: Антипад — это область зазора или кольцевое кольцо вокруг площадки переходного отверстия на том же слое. Это непроводящая область, которая позволяет избежать случайных электрических соединений или коротких замыканий между площадкой и соседними дорожками или компонентами. Они необходимы для поддержания изоляции и сохранения непреднамеренных электрических соединений. Антипады создаются с помощью паяльных масок, но могут использоваться и другие материалы, такие как эпоксидная смола или шелкография.
Типы переходных отверстий на печатных платах и их применение
Сквозные отверстия
Этот тип переходных отверстий используется очень часто. Эти переходные отверстия обеспечивают соединение всех слоев платы сверху донизу. Обычно они используются для монтажа компонентов и трассировочного соединения на слоях платы.
Области применения:
● Маршрутизация сигнала: Этот тип переходных отверстий обеспечивает маршрутизацию сигналов между различными слоями платы.
● Маршруты эвакуации: он также соединяет выводы компонентов поверхностного монтажа с внутренними слоями платы.
●
Маршрутизация питания: Этот тип переходного отверстия также обеспечивает прохождение токов питания и заземления между различными слоями платы.
Похоронен Vias
Эти vais просто соединяют внутренний слой плат. Они заключены в плату. Скрытые переходные отверстия используются для высокочастотных плат, поскольку им необходимо точное качество сигнала.
Области применения:
● Печатные платы высокой плотности: Скрытые переходные отверстия используются в печатных платах высокой плотности для соединения внутренних слоев, оставляя поверхностные слои свободными для размещения компонентов.
●
Целостность сигнала: Они могут улучшить целостность сигнала за счет уменьшения длины пути сигнала и помех.
Слепой виас
Этот тип переходов соединяет только внутренние слои платы. Они начинаются на верхнем или нижнем слое платы, но не проходят через всю плату. Эти переходы используются для плат высокой плотности с ограниченным пространством.
Области применения:
● Подключение компонентов поверхностного монтажа к внутренним слоям платы: Эти переходные отверстия используются для соединения выводов компонентов поверхностного монтажа с внутренней частью платы без прохождения через верхний или нижний слой.
●
Высокоплотная разводка печатных плат: Этот маршрут передает сигналы между различными слоями платы высокой плотности без достаточного места для сквозных переходных отверстий.
Микропереходы
Это очень маленькие переходные отверстия, диаметр которых равен или меньше 0.006 дюйма. Эти переходные отверстия используются для плат высокой плотности с компонентами с малым шагом.
Области применения:
● Миниатюризация: Микроотверстия — это небольшие отверстия диаметром менее 0.15 мм (150 мкм). Они используются в плотно заселенных платах и позволяют миниатюризировать электронные устройства.
●
Высокочастотные приложения: Они необходимы в конструкциях высокочастотных и высокоскоростных плат, например, в смартфонах и высокопроизводительных вычислительных устройствах.
Многослойные микропереходы
Они представляют собой два или более микроотверстий, сконфигурированных друг на друге. Эти отверстия соединяют внутренние слои платы без необходимости сверлить верхний или нижний слой.
Ступенчатые микроотверстия
Эти переходные отверстия смещены относительно друг друга. Качество сигнала улучшается, а электромагнитные помехи уменьшаются за счет использования смещенных микропереходных отверстий.
Термальные переходы
Эти отверстия помогают отводить тепло от компонентов к плате. Эти отверстия обычно более обширны, чем другие типы отверстий, и в основном заполнены теплопроводящим материалом.
Области применения:
● Рассеивание тепла: Они предназначены для отвода тепла от тепловыделяющих компонентов на плате, таких как усилители мощности, процессоры или светодиоды.
Улучшение тепловых характеристик: они необходимы для обеспечения эффективного охлаждения компонентов, что обеспечивает надежность и производительность электронных устройств.
Переходные отверстия на печатной плате: что такое Via-in-Pad
Via-in-pad (VIP) — это метод проектирования печатной платы, сконфигурированный непосредственно под площадкой компонента поверхностного монтажа. Он полезен для прямого электрического соединения между компонентами и внутренними слоями печатной платы, что может повысить качество сигнала и тепловой режим. Эта технология также используется для минимизации размера платы, поскольку она уменьшает маршрутизацию дорожек вокруг площадок компонентов.
VIP также используется для плат высокой плотности с компонентами с малым шагом, например, для решеток с шариковыми выводами.
Преимущества:
● Уменьшенный размер печатной платы
● Улучшенное качество сигнала
● Уменьшает паразитную индуктивность и емкость
● Улучшенные тепловые характеристики
● Увеличивает плотность маршрутизации
Минусы:
● Повышение сложности производства
● Потенциальная термическая нагрузка на компоненты
● Дорогостоящий
Области применения:
● Платы высокой плотности с мелкошаговыми компонентами
● Высокочастотная плата
● Печатная плата силовой электроники
● РЧ и микроволновая печатная плата
● Печатные платы военного и аэрокосмического назначения
● Автомобильные печатные платы
● Медицинская печатная плата
Конструктивные соображения относительно Via-in-Pad
● Диаметр переходного отверстия должен быть достаточным для пропускания необходимого тока и минимизации перегрева.
● Расположение переходного отверстия должно совпадать с серединой контактной площадки компонента, чтобы обеспечить хорошее электрическое соединение.
● В переходных отверстиях необходимо использовать непроводящую эпоксидную смолу, чтобы избежать коротких замыканий и повысить механическую прочность контактной площадки.
● Контактная площадка компонента должна иметь достаточный размер для размещения переходного отверстия, не влияя на покрытие паяльной маской.
Процесс покрытия печатной платы
Зачем закрывать переходные отверстия на печатной плате?
● Предотвращение загрязнения: Незакрытые переходные отверстия имеют высокую вероятность загрязнения влагой, пылью и другими факторами окружающей среды, что может привести к коррозии, коротким замыканиям или снижению производительности.
● Улучшение паяемости: Закрытые переходные отверстия обеспечивают хорошую паяемость, что упрощает сборку компонентов на плату в процессе производства. Переходные отверстия равномерно покрыты припоем благодаря аккуратному покрытию.
● Повышение целостности сигнала: С помощью покрытия переходного отверстия проектировщики и инженеры могут контролировать диэлектрическую проницаемость переходного отверстия, которая влияет на качество сигнала. Это поддерживает качество высокочастотных сигналов, протекающих по плате.
● Предотвращение образования припойных мостиков: Без покрытия переходов припой может перекрывать соседние переходы или дорожки во время пайки, вызывая короткие замыкания. С помощью покрытия мы можем уменьшить эту проблему.
Методы покрытия отверстий
Существует три основных метода закрытия переходных отверстий:
Через палатку
Это самый простой и распространенный метод, при котором слой паяльной маски покрывает переходное отверстие. Это предотвращает затекание паяльной пасты в переходное отверстие, что может привести к короткому замыканию. Он используется для переходных отверстий диаметром менее 0.3 мм.
Через подключение
Этот процесс частично заполняет отверстие непроводящим материалом, таким как эпоксидная смола или смола. Он в основном используется для отверстий диаметром более 0.3 мм или в областях с высоким риском образования припойных мостиков.
Через заполнение
Он подразумевает заполнение переходного отверстия непроводящим материалом. Он дорогой, но обеспечивает наилучшую защиту от образования мостиков припоя и других условий окружающей среды. Он также используется для переходных отверстий в критических компонентах платы, таких как цепи питания и высокоскоростные сигнальные пути.
Вот сравнение трех методов:
|
Способ доставки
|
Наши преимущества
|
Недостатки бонуса без депозита
|
|
Через палатку
|
Просто и недорого
|
Он не так эффективен, как другие методы предотвращения образования перемычек припоя.
|
|
Через подключение
|
Эффективнее для предотвращения образования мостиков припоя, чем при тентинге
|
Дороже, чем через палатку
|
|
Через заполнение
|
Эффективно предотвращает образование припойных мостиков и загрязнение окружающей среды.
|
Дорогостоящий процесс
|
Как отверстия в печатной плате могут повлиять на конструкцию печатной платы
Печатные платы обычно используются в электронных устройствах, дирижируя сложным танцем электронов, которые питают современный мир. В конструкции платы часто упускают из виду один из важнейших компонентов — это переходное отверстие. Эти небольшие каналы играют важную роль в определении функциональности, производительности и технологичности печатной платы. В этом исследовании мы обсуждаем глубокое влияние переходных отверстий печатной платы на ландшафт проектирования, показывая, как их размещение и использование могут формировать эффективность и результативность электронных устройств. Вот некоторые моменты, которые определяют влияние переходных отверстий печатной платы на проектирование.
Целостность сигнала
Переходные отверстия печатной платы необходимы для поддержания качества сигнала. Точно спроектированные и сконфигурированные переходные отверстия помогают контролировать импеданс и отражения сигнала. Согласование импеданса необходимо для высокоскоростных цифровых сигналов и проектов RF. При правильном размещении устраняются переходные отверстия и их влияние на качество сигнала, что может привести к ухудшению сигнала, джиттеру и снижению скорости передачи данных.
Плотность доски
Правильное размещение переходных отверстий может существенно повлиять на общую плотность платы. При проектировании плат высокой плотности или миниатюрных устройств переходные отверстия могут использоваться для прокладки дорожек между различными слоями, экономя площадь поверхности. Использование глухих или скрытых переходных отверстий обеспечивает еще более плотную компоновку, что позволяет создавать платы небольшого размера и компактные платы.
Термическое управление
Сквозные отверстия могут помочь в управлении температурой на плате. Аккуратно размещая сквозные отверстия вблизи тепловыделяющих компонентов, инженеры могут улучшить рассеивание тепла, избежать перегрева и обеспечить долговечность электронных компонентов.
Количество слоев
Сквозные отверстия могут влиять на количество слоев, необходимых для проектирования платы. Сквозные отверстия очень распространены и связывают все слои многослойной платы.
Однако глухие и скрытые переходные отверстия также могут уменьшить количество слоев, снизить производственные затраты и сделать проектирование платы экономически эффективным.
Сложность производства
Типы переходных отверстий также влияют на производство и сборку печатных плат. Сквозные переходные отверстия легко изготавливаются и менее дороги в изготовлении. Глухие и скрытые переходные отверстия усложняют технологию производства из-за дополнительных процессов сверления и металлизации.
Вопросы электромагнитной совместимости и электромагнитной совместимости
Отверстия могут влиять на электромагнитные помехи и совместимость дизайна платы. Неправильно размещенные или спроектированные отверстия могут вызывать нежелательные эффекты антенны, что приводит к проблемам с ЭМП. Для выполнения параметров ЭМП и ЭМС необходимо тщательно продумать стратегии создания и заземления отверстий.
Гибкость маршрутизации
Vias обеспечивает гибкость маршрутизации, помогая проектировщикам создавать взаимосвязи между различными слоями. Эта гибкость имеет важное значение в сложных конструкциях плат, где сигнальные пути должны огибать препятствия или следовать определенным параметрам дизайна.
Важные соображения относительно отверстий на печатной плате
Вот некоторые важные соображения относительно переходных отверстий на печатных платах:
Тип перехода
Существует три основных типа используемых печатных плат: сквозные отверстия, скрытые отверстия и глухие отверстия. Сквозные отверстия соединяют все слои платы, но два других соединяют только внутренние слои. Тип используемой визы будет зависеть от области применения и технологий производства.
Размер переходного отверстия
Он определяется пропускной способностью тока и необходимым качеством сигнала. Отверстия должны иметь достаточный размер, чтобы пропускать требуемый ток, не вызывая перегрева. Отверстия также должны быть достаточно маленькими, чтобы предотвратить чрезмерную паразитную индуктивность и емкость схемы.
Через размещение
При размещении переходных отверстий необходимо учитывать вопросы качества сигнала и температурные вопросы. Переходные отверстия не должны располагаться на пути высокоскоростных сигналов или близко к термочувствительным компонентам.
Плотность через
Плотность отверстий на плате может повлиять на технологичность и стоимость платы. Проектировщики должны сократить использование отверстий, когда это возможно.
Через производство
Различные технологии производства плат имеют различные особенности сверления и металлизации переходных отверстий. Проектировщики должны работать с производителем плат, чтобы гарантировать, что переходные отверстия в их проекте могут быть успешно выполнены.
Как создать переходное отверстие в печатной плате
Вот пошаговое руководство по изготовлению переходного отверстия в плате:
Шаг первый: Откройте программное обеспечение для проектирования печатных плат
Прежде всего, начните с открытия вашего любимого программного обеспечения для проектирования печатных плат. Altium Designer, OrCAD, Eagle, KiCad и другие являются наиболее используемыми инструментами. Создайте новый проект печатной платы или откройте существующий, если вы добавляете переходные отверстия в уже созданный проект.
Шаг второй: выберите инструмент «Отверстие»
В программном обеспечении для проектирования печатных плат должен быть специальный инструмент или опция для создания переходных отверстий. Обычно он находится на панели инструментов или в меню, связанном с маршрутизацией или компоновкой платы. Выберите значок, например, переходное отверстие или отверстие.
Шаг третий: разместите отверстие
Нажмите на инструмент via, чтобы активировать его. После этого поместите via на макет печатной платы, нажав на требуемое место на плате. Программное обеспечение для проектирования плат в основном помогает указать точные координаты, где вы должны разместить via.
Шаг четвертый: определение свойств переходов
После размещения переходного отверстия необходимо определить его свойства. Вот основные свойства:
● Через Тип: Подтвердите, какие типы переходных отверстий вам нужны, исходя из потребностей вашего проекта.
● Через Размер: Определите значение диаметра переходного отверстия. В зависимости от настроек программного обеспечения, его можно задать в милах или миллиметрах.
● Размер отверстия: Также определите диаметр сверла для сквозных переходных отверстий. Скрытые и глухие переходные отверстия могут иметь разные размеры сверла для разных слоев.
● Через слои: Необходимо подтвердить, какие слои соединяет переход. В случае сквозного отверстия обычно все слои соединены. Для других переходов, таких как слепые и скрытые, вы указываете соответствующие внешние и внутренние слои.
● Кольцевое кольцо: Определите ширину кольцевого кольца, медную площадку вокруг переходного отверстия. Это необходимо для обеспечения точной пайки и электрического соединения.
● Клиренс: Установите зазор вокруг переходного отверстия, чтобы указать расстояние между переходным отверстием и другими компонентами платы, такими как дорожки и компоненты.
Шаг пятый: разместите переходные отверстия по мере необходимости
Повторите процесс, чтобы сделать больше переходов для вашего проекта. В зависимости от используемого программного обеспечения вы можете копировать и вставлять переходы или использовать функции дублирования, чтобы сэкономить время.
Шаг шестой: прокладка трасс к переходным отверстиям
Вы можете использовать инструменты маршрутизации программного обеспечения для проектирования печатных плат для компонентов, чтобы соединить и проследить с помощью переходных отверстий. Проложите трассы от выводов компонентов или других компонентов платы к переходному отверстию. Убедитесь, что вы следуете рекомендациям по проектированию ширины трассы и интервалов, чтобы сохранить качество сигнала и технологичность.
Шаг седьмой: проверьте правила дизайна
Перед завершением проектирования печатной платы выполните проверки правил проектирования (DRC), чтобы подтвердить, что Vias соответствует производственным и электрическим требованиям проектирования. DRC обнаружит любые проблемы, такие как неподключенные переходы, нарушения зазоров и другие потенциальные проблемы.
Шаг восьмой: завершение дизайна
После завершения компоновки проверка соединений и устранение любых ошибок в правилах проектирования спасут наш проект по разработке печатной платы.
Шаг девятый: создание файлов Gerber
Для производства платы необходимо программное обеспечение Gerber files board design software. Gerber files содержит необходимые данные для процесса производства платы, такие как расположение отверстий и размеры.
Советы по проектированию печатных плат для переходных отверстий
● Используйте правильный тип переходных отверстий для вашего приложения. Как обсуждалось выше, каждый тип переходных отверстий имеет свои преимущества и ограничения. Как и сквозные отверстия, их легко сделать, но они вызывают паразитную индуктивность и емкость в цепи.
Глухие и скрытые переходные отверстия имеют сложный производственный процесс, но могут повысить качество сигнала. Микропереходные отверстия также сложны, но могут использоваться для изготовления плат высокой плотности.
● Используйте точный размер переходного отверстия для обеспечения допустимой нагрузки по току и сигнала. Размер отверстий должен быть достаточным для того, чтобы без проблем выдерживать требуемый ток. Отверстия должны быть небольшими, чтобы не добавлять чрезмерную паразитную индуктивность и емкость в цепь платы.
● Правильное использование размера переходной площадки в соответствии с размером сверла и необходимой шириной кольцевого отверстия. Вокруг переходного отверстия имеются кольцевые отверстия. Их ширина должна быть не менее 0.25 мм, чтобы минимизировать вырыв сверла и обеспечить хорошее электрическое соединение.
● Тщательно устанавливайте переходные отверстия, чтобы избежать проблем с целостностью сигнала и перегревом. Переходные отверстия не должны располагаться на пути высокоскоростных сигналов или вблизи термочувствительных компонентов.
● Не размещайте переходные отверстия в середине больших контактных площадок. Это может привести к подъему накладок в процессе сборки.
● Переходные отверстия могут соединять обе стороны контактной площадки компонента для обеспечения хороших электрических характеристик.
● Покрытые гальваническим покрытием провода можно использовать в сильноточных приложениях.
● Для подключения плоскости к питанию или земле используйте сшивающие переходные отверстия. Это помогает снизить шум и электромагнитные помехи.
Проектирование печатной платы с переходными отверстиями в Pcbasic
PCBasic — производитель сборок печатных плат в Шэньчжэне, поставщик сборок печатных плат SMT, компания по проектированию печатных плат и поставщик печатных плат. Компания предлагает услуги по проектированию и производству печатных плат онлайн, а также комплексные услуги по сборке печатных плат. Доступны различные правила проектирования переходных отверстий. Сообщите нам, если вы заинтересованы.
