Основы переходных отверстий. Часть 1

В этой первой статье из серии "Основы переходных отверстий" мы рассмотрим самые базовые аспекты переходных отверстий в дизайне печатных плат, включая их характеристические параметры, какие стандартные переходные отверстия следует использовать в проектах, а также кратко обсудим возможности по передаче тока. В следующей части мы рассмотрим правильное размещение переходных отверстий и специальные случаи использования, такие как переходные и соединительные переходные отверстия.

Имейте в виду, что параметров и деталей, связанных с переходными отверстиями в дизайне печатных плат, гораздо больше, чем мы сможем охватить в этой короткой статье. Тем не менее, статья предоставит начинающим инженерам по дизайну печатных плат хорошую отправную точку для более глубокого изучения темы. Давайте начнем!

Основы

Давайте начнем с основ через соединения. Мы знаем, что дорожки - это соединения на одной плоскости X-Y, начинающиеся в одной точке слоя и заканчивающиеся в другой точке того же слоя. Однако, когда нам нужно провести маршрут между слоями, например, соединить первый слой с третьим в многослойной печатной плате, нам нужно использовать то, что называется переходным отверстием (via). По сути, переходное отверстие - это проводящее вертикальное соединение в третьем (Z) измерении, которое используется для соединений между слоями, позволяя дорожке на одном слое перейти на любой (или несколько) слоев печатной платы.

Другой способ думать о переходном отверстии - рассматривать его как миниатюрное сквозное металлизированное отверстие.

Имейте в виду, что если мы не соединяемся с определенным слоем через переходное отверстие, мы создадим пустоту на этом слое. Это может вызвать проблемы, как мы увидим позже. На изображении ниже показана пустота, где у нас есть антипад в слое, через который мы проходим.

Параметры

Когда мы говорим о переходных отверстиях, у нас есть определенные основные параметры, которые их определяют. Ниже представлено изображение типичного сквозного переходного отверстия, определяемого размером площадки P (общий диаметр переходного отверстия) и размером сверления D.

Размер сверления всегда должен быть меньше размера площадки, и ограничивается соотношением сторон (отношение толщины печатной платы к размеру сверления). Это производственная проблема, зависящая от толщины вашей платы. - В общем, чем толще ваша плата, тем больший размер сверления вам нужен.

Кроме того, если мы вычтем диаметр сверления D из нашего размера площадки P и разделим это число на два, мы получим размер кольцевой зоны. И размер сверления, и размер кольцевой зоны являются важными производственными параметрами.

Как правило, без добавления стоимости минимальный размер сверления составляет 0.25 мм, а минимальный размер кольцевой зоны - 0.15 мм. Однако важно избегать минимумов, если только мы не можем поступить иначе. Что касается производителей печатных плат, многие из них предлагают более продвинутые возможности, например сверления 0.1 мм (обычно лазеры). Имейте в виду, что это увеличивает стоимость.

При выборе размеров переходных отверстий, помимо размеров сверления, размеров площадок и кольцевых зон, существует множество других параметров, формирующих переходное отверстие. Например: 

• Закрытие: Покрытие переходного отверстия маской пайки. Обычно не требует дополнительных затрат.
• Заполнение: Заполнение смолой или проводящим материалом, что может быть полезно для технологии переходных отверстий в площадке компонента. Это будет стоить дополнительно.
• Тип: В данной статье мы рассматриваем сквозные переходные отверстия (самые простые в производстве и наиболее распространенные). Однако существуют и другие типы, такие как микро, слепые и закрытые, это лишь некоторые из них. Эти темы будут рассмотрены в будущих статьях.

Рекомендуемые параметры

Сложно дать общие рекомендации по параметрам переходных отверстий. Параметры, которые в конечном итоге следует использовать в вашем дизайне, в значительной степени зависят от конкретного случая. Например, если вы прокладываете трассы для очень мелкоразрядного BGA, потребности в переходных отверстиях будут совершенно иными, чем при разводке платы только с компонентами на сквозных отверстиях для аудио.

С точки зрения стоимости, использование малого размера сверла (обычно все, что меньше 0,2 мм) обычно приводит к увеличению стоимости производства печатных плат (ПП) и снижению выхода годных изделий. Под выходом годных понимается, что, возможно, 90% произведенных ПП будут работать, а 10% будут бракованными.

То же самое касается и малого углового кольца (около 0,1 мм). Опять же, стоимость производства ПП увеличится, а выход годных снизится.

«Какой размер переходного отверстия мне использовать?» Этот вопрос мне задают часто‘’), и в качестве переходного отверстия общего назначения я могу рекомендовать следующие размеры:

• Большой: подложка 0,7 мм, сверло 0,3 мм
• Средний: подложка 0,6 мм, сверло 0,25 мм
• Малый: подложка 0,5 мм, сверло 0,2 мм

Опять же, это общие рекомендации, и фактические размеры переходных отверстий будут зависеть от конкретного случая.

Способность переноса тока

Когда мы обсуждаем переходные отверстия, нам также нужно думать — как и в случае с дорожками — о способности переноса тока. Дорожки могут выдерживать определенное количество тока при заданном повышении температуры, и для переходных отверстий это не исключение.

Как правило, типичная "стандартного размера" переходная отверстие может выдерживать около 1,5 А при повышении температуры на 20 градусов Цельсия. Если вам требуется больший ток, например, в драйверах моторов ESC, нам просто нужно использовать параллельные переходные отверстия того же размера. В отличие от этого, для дорожек нам просто нужно увеличить ширину дорожки. Однако увеличение размеров отверстия и площадки для переходного отверстия лишь незначительно увеличивает способность к пропусканию тока, но параллелизация переходных отверстий помогает уменьшить индуктивность и улучшить тепловые характеристики.

В этой статье мы рассмотрели абсолютные основы переходных отверстий. В следующий раз мы рассмотрим размещение переходных отверстий, переходные и стяжные переходные отверстия.