Comment tirer le meilleur parti de la technologie Through-Hole (THT) dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse

À l'heure actuelle, la conception de circuits imprimés à grande vitesse a été largement appliquée dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, l'informatique et le traitement des graphiques et des images et tous les produits à valeur ajoutée de haute technologie sont conçus pour une faible consommation d'énergie, un faible rayonnement électromagnétique, une haute fiabilité, la miniaturisation et la lumière. lester. Pour atteindre ces objectifs, la conception et la mise en œuvre de la technologie à trou traversant (THT) revêtent une importance extrême dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse.

Technologie à trou traversant

Le trou traversant est l'une des pièces essentielles de la conception de circuits imprimés multicouches. Un trou traversant est composé de trois parties :via, pastille et zone d'isolation du plan d'alimentation, ce qui peut être démontré dans l'image suivante. Le THT est obtenu en placant une couche de métal sur la paroi du trou par voie de dépôt chimique afin que la feuille de cuivre de chaque couche interne ou plan d'une carte de circuit imprimé puisse être connectée les unes aux autres. Deux côtés de trous traversants sont générés sous la forme d'un tampon ordinaire, qui peuvent tous deux être directement connectés avec un traçage sur les couches supérieure et inférieure et peuvent également être maintenus non connectés. Un trou traversant joue un rôle dans la connexion électrique, la fixation et le positionnement des composants.

En ce qui concerne le THT, les trous traversants sont généralement classés en via traversant, via borgne et via enterré :
a. Le trou traversant traverse toutes les couches d'une carte de circuit imprimé, applicable pour l'interconnexion interne ou jouant un rôle de trou de positionnement. Étant donné que les vias traversants sont accessibles dans une technologie à faible coût, ils sont largement appliqués par la plupart des PCB.
b. Via aveugle fait référence au trou responsable de la connexion entre les traces de surface et les traces internes ci-dessous avec une certaine profondeur. Le rapport entre la profondeur du via et le diamètre du via ne dépasse généralement pas une certaine valeur.
c. Le via enterré fait référence au via de connexion situé dans les couches internes, qui ne peut pas être vu à partir de l'apparence d'une carte de circuit imprimé car il ne parvient pas à être étendu à la surface de la carte de circuit imprimé.

Les vias aveugles et les vias enterrés sont situés dans les couches internes de la carte de circuit imprimé et ils sont générés avant la stratification.

Capacité parasite en THT

Les trous traversants présentent une capacité parasite au sol. Le diamètre d'isolement via le plan de masse est D₂; le diamètre de la pastille traversante est D₁; l'épaisseur du PCB est T ; la constante diélectrique du matériau du substrat est ε. Ensuite, la capacité parasite des trous traversants peut être calculée par la formule C=1.41εTD₁ /(D₂ -D₁ )

L'influence principale de la capacité parasite sur le circuit est de prolonger le temps de montée des signaux et de réduire la vitesse de fonctionnement du circuit. Ainsi, plus la capacité parasite est faible, mieux c'est.

Inductance parasite dans le THT

Les trous traversants présentent également une inductance parasite. Dans le processus de conception de circuits numériques à grande vitesse, les risques résultant de l'inductance parasite sont généralement plus importants que ceux de la capacité parasite. L'inductance série parasite affaiblira les fonctions de capacité de dérivation et réduira l'effet de filtrage de l'ensemble du système d'alimentation. Lorsque l'inductance d'un trou traversant est indiquée comme L, la longueur du trou traversant comme h, le diamètre du via comme d, l'inductance parasite du trou traversant peut être déterminée en se conformant à la formule L=5.08h[In(4h/d)+1]

Sur la base de cette formule, le diamètre du trou traversant est rarement associé à l'inductance et le plus grand élément affectant l'inductance est la longueur du trou traversant.

Non THT (comprend via aveugle et via enterré)

En ce qui concerne les non THT, les applications de via aveugle et de via enterré sont capables de réduire considérablement la taille et la qualité des PCB, y compris le nombre de couches, d'améliorer la compatibilité électromagnétique (EMC) et de réduire les coûts. De plus, la tâche de conception deviendra beaucoup plus facile. Dans la conception traditionnelle des circuits imprimés et le processus de fabrication des circuits imprimés, les trous débouchants posent généralement de nombreux problèmes. Premièrement, ils représentent la majorité de l'espace effectif. Deuxièmement, une densité trop élevée de trous traversants représente un défi pour le traçage interne d'une carte PCB.

Dans la conception des circuits imprimés, bien que la taille des pastilles et des trous traversants soit constamment réduite, le rapport d'aspect augmentera lorsque l'épaisseur de la carte diminuera de manière non proportionnelle et la fiabilité sera réduite lorsque le rapport d'aspect augmentera. Avec la maturation de la technologie de perçage au laser et de la technologie de gravure sèche au plasma, les petits vias aveugles et les vias enterrés non THT sont devenus une autre possibilité. Lorsque le diamètre de ces trous est de 0,3 mm, les paramètres parasites seront un dixième de ceux des vias traditionnels avec une fiabilité du PCB en augmentation.

Avec un non-THT appliqué, le nombre de grands trous traversants diminuera sur la carte PCB, de sorte qu'il reste plus d'espace pour le traçage. L'espace de repos peut être utilisé comme blindage massif afin d'améliorer les performances EMI/RFI. De plus, plus d'espace de repos peut également être utilisé comme blindage partiel pour les composants internes et les câbles réseau clés afin qu'ils puissent présenter des performances électriques optimales. L'application de vias non THT facilite la pénétration des broches des composants, de sorte que le traçage peut être plus facile pour les composants à broches haute densité tels que les composants BGA (ball grid array).

Conception THT dans les PCB ordinaires

La capacité parasite et l'inductance parasite ont rarement une influence sur les trous traversants pendant la phase de conception de PCB ordinaire. En ce qui concerne la conception de circuits imprimés à 1 à 4 couches, des trous traversants d'un diamètre tel que 0,36 mm, 0,61 mm ou 1,02 mm peuvent être sélectionnés respectivement pour le via, le plot et la zone d'isolation dans le plan de masse. Certaines traces de signal avec des exigences particulières peuvent dépendre de trous traversants avec des diamètres de 0,41 mm, 0,81 mm et 1,32 mm.

Conception THT dans les PCB haute vitesse

Conformément aux propriétés parasites du THT mentionnées ci-dessus, nous pouvons voir que le THT qui semble simple a tendance à avoir un effet négatif important sur la conception de circuits dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse. Pour réduire les effets néfastes dérivant de l'effet parasite du THT, les conseils suivants sont fournis à titre de référence :
a. Une taille de THT appropriée doit être choisie. En ce qui concerne la conception de circuits imprimés à plusieurs couches et à densité ordinaire, le THT doit être pris en compte avec des paramètres de trou traversant de 0,25 mm, 0,51 mm et 0,91 mm respectivement pour les vias, le plot et la zone d'isolation. Les PCB haute densité peuvent également sélectionner des trous traversants avec des paramètres de 0,20 mm, 0,46 mm et 0,86 mm pour les vias, les pastilles et la zone d'isolation. Le non-THT est également sélectif. Pour les trous traversants concernant l'alimentation ou la terre, des trous traversants de grande taille peuvent être sélectionnés pour réduire l'impédance.
b. Plus la zone d'isolation dans le plan d'alimentation est grande, mieux c'est. En ce qui concerne la densité des trous traversants, la valeur de D₁ est généralement la somme de D₂ et 0,41 mm.
c. Il est préférable d'organiser les traces de signal non sur plusieurs couches, c'est-à-dire que le nombre de trous traversants doit être minimisé.
d. Un PCB plus fin est mis à profit pour être bénéfique à la réduction des paramètres parasites.
e. Les trous traversants doivent être placés aussi près que possible des broches d'alimentation et de terre et le fil entre le THT et les broches doit être aussi court que possible car ils entraîneront une amélioration de l'inductance. De plus, les câbles d'alimentation et de masse peuvent être aussi épais que possible pour réduire l'impédance.

Bien sûr, les problèmes spécifiques doivent être spécifiquement analysés lors de la phase de conception du PCB. Deux autres aspects ne peuvent jamais être évités :le coût et la qualité du signal. Des considérations équilibrées doivent être prises lors de la conception de circuits imprimés à grande vitesse pour capturer une qualité de signal optimale à un coût acceptable.

Vous pourriez également être intéressé par :
• Comment concevoir des vias aveugles/enterrés dans des circuits numériques à grande vitesse
• Les pastilles non fonctionnelles doivent-elles être retirées ou conservées dans les vias d'un circuit imprimé à grande vitesse ?
• Recherche sur la conception de circuits imprimés à grande vitesse dans un système d'application embarqué
• Comment concevoir des plans d'image pour des circuits imprimés à grande vitesse
• Service de fabrication de circuits imprimés complet de PCBCart
• Service d'assemblage de circuits imprimés clé en main avancé de PCBCart