Рекомендации по выбору размера переходных отверстий печатной платы

Печатная плата с переходными отверстиями различного размера

Хотя некоторые из нас могут верить в философию «больше — значит лучше», одной из областей, где предпочтение отдается меньшему или более компактному, является разработка печатных плат. Тенденции в сторону уменьшения размеров печатных плат — и электронной продукции в целом — за последние десятилетия неоспоримы. Проблема в достижении этой цели заключалась в том, чтобы улучшить или расширить функциональность и возможности при одновременном уменьшении размера платы. Эти изменения стали возможны благодаря ряду технологических достижений, в том числе более компактным компонентам, более тонким проводящим дорожкам с более высокой плотностью соединений (HDI).

Однако наиболее важной причиной уменьшения размера печатных плат является появление технологической возможности изготовления многослойных плат и переходных отверстий. Переходы бывают разных размеров и по-разному применяются на печатных платах. Хорошо понимать, сколько места должны занимать переходные отверстия, чтобы обеспечить требования связанных с размером печатной платы.

Типы переходных отверстий

Хотя переходные отверстия обычно имеют круглую форму и проходят через структуру платы вертикально — в отличие от горизонтальных трасс (медные дорожки) — они предназначены для одного и того же. То есть правильно переносить сигнал между компонентами или другими элементами PCBA. Это верно для всех типов переходных отверстий, показанных ниже.

Варианты выбора переходных отверстий

Как показано выше, все переходные отверстия начинаются и заканчиваются контактной площадкой, которая отделяет переходные отверстия от других просверленных отверстий. Из рисунка видно, что переходные отверстия могут быть открытыми или закрытыми, что означает, что их назначение может заключаться в передаче сигналов, тока или тепла или для предотвращения протекания припоя.

Тот факт, что переходные отверстия имеют разные функции, играет роль в том, как следует определять их размер или диаметр, как указано ниже.

Дополнительные рекомендации по размеру переходных отверстий на печатной плате

При любой конструкции вашей печатной платы, ваш выбор типа и размера переходного отверстия не должен производиться без учета влияния на другие аспекты процесса проектирования. Например, технологичность всегда должна быть серьезным аргументом, поскольку даже самая лучшая конструкция бесполезна, если ее нельзя изготовить. В приведенном ниже списке представлены основные вопросы, которые следует учитывать при разработке печатной платы.

Рекомендации по выбору размера переходного отверстия печатной платы

• Классификация платы

Перед выбором размера переходного отверстия необходимо определить класс сложности платы на основе плотности компонентов следующим образом:

Уровень A — Низкая плотность;

Уровень B — Умеренная плотность;

Уровень C — Высокая плотность;

• Возможности изготовителя оборудования

Хотя большинство производителей способны изготавливать платы с широким диапазоном размеров отверстий, очень важно, чтобы вы работали с CM, способным создавать переходные отверстия такого размера, которые требуются вашей конструкции.

• Плотность платы

Помимо влияния на классификацию вашей платы, плотность компонентов и других элементов напрямую влияет на требования к зазорам и, следовательно, на размер вашего стека и количество переходных отверстий, необходимых для достижения необходимого результата. Неправильные зазоры и плохо спроектированные стеки могут значительно увеличить электромагнитные помехи на вашей плате, что ухудшает целостность сигнала.

• Плотность переходных отверстий

Многие платы, особенно если они состоят из SMT IC с большим количеством выводов, могут иметь значительное количество переходных отверстий. В сочетании с требованиями с подведением высокой мощности и необходимостью тепловых переходных отверстий это может привести к большой плотности переходных отверстий, как показано на рисунке ниже. В этом случае следует проявлять осторожность, так как это может повлиять на такие параметры платы, как импеданс и структурную целостность.

Трехмерное изображение высокой плотности переходов

Большинство переходных отверстий круглые, однако контактные площадки компонентов, с которыми они соединяются, могут принимать другие формы, как показано на рисунке ниже.

Программное обеспечение для проектирования печатных плат Cadence Padstack Editor

Для контактных площадок, по которым протекает ток, важна не только геометрия для определения электрических параметров сигнала, но и размер переходного отверстия. Поэтому важно, чтобы вы использовали пакет для проектирования печатной платы, который включает в себя комплексные функции настройки параметров элементов, которые включают в себя различные размеры, возможность реализации через ограничения, доступные в редакторе Cadence Allegro PCB Editor. Вооружившись правильными инструментами и подходом к проектированию, можно легко реализовать следующие рекомендации к печатной плате.

Как оптимизировать выбор размера переходного отверстия

• Понимание требований к пропусканию тока для ваших дорожек. Для токопроводящих переходных отверстий — сигнала, питания и земли — важно, чтобы переходные отверстия могли передавать сигналы с минимальными потерями и в пределах допустимой нагрузки.
• Используйте подсказки по эффективной ширине трассы и величине интервала. Трассировка линий, полигонов и переходных отверстий не является отдельными действиями. Фактически, основная цель переходных отверстий — соединить цепи между поверхностными компонентами. Следовательно, чем эффективней трассировка и точнее выбранный интервал, тем лучше эффект от верного выбора параметров переходных отверстий.
• Придерживайтесь стандартов IPC-2222 для минимальных размеров отверстий. После того, как классификация плотности вашего проекта определена, появляется возможность определения минимального размера отверстий, с целью соответствия стандарту IPC-2222. Используйте следующие уравнения:

Уровень A. Минимальный размер отверстия = максимальный диаметр вывода + 0,25 мм (1)

Уровень B. Минимальный размер отверстия = максимальный диаметр провода + 0,20 мм (2)

Уровень C. Минимальный размер отверстия = максимальный диаметр вывода + 0,25 мм (3)

• Определите размеры контактных площадок на основе IPC-2221. После определения минимального размера отверстия, уравнения. (4–6) из стандарта IPC-2221 следует использовать для определения диаметра колодки.

Диаметр подушки уровня A = минимальный размер отверстия + 0,1 мм + 0,60 мм (4)

Диаметр прокладки уровня A = минимальный размер отверстия + 0,1 мм + 0,50 мм (5)

Диаметр прокладки уровня A = минимальный размер отверстия + 0,1 мм + 0,40 мм (6)

• Минимизируйте количество требуемых переходных отверстий. Еще одно практическое правило — стремиться к меньшему количеству переходов. Чрезмерное использование может иметь последствия для механических и электрических свойств платы.

Источник: www. cadence.com