고속 PCB 설계에서 THT(Through-Hole Technology)를 최대한 활용하는 방법

현재 고속 PCB 설계는 통신, 컴퓨터, 그래프, 영상처리 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되고 있으며 모든 첨단 부가가치 제품은 저전력, 저전자파, 고신뢰성, 소형화, 경량화를 지향하도록 설계되고 있습니다. 무게. 이러한 목표를 달성하기 위해 THT(Through-Hole Technology) 설계 및 구현은 고속 PCB 설계에서 매우 중요합니다.

스루 홀 기술

쓰루 홀은 다층 PCB 설계에 필수적인 부품 중 하나입니다. 관통 구멍은 비아, 패드 및 전원 평면의 절연 영역의 세 부분으로 구성되며 다음 이미지에서 확인할 수 있습니다. THT는 회로기판의 각 내부층이나 면의 동박이 서로 연결될 수 있도록 화학 증착 방식으로 홀 벽에 금속층을 도금하여 얻습니다. 2면의 관통홀은 일반 패드 형태로 생성되며, 양쪽 모두 상,하층의 트레이싱으로 직접 연결될 수 있으며 연결되지 않은 상태로 유지될 수도 있습니다. 관통 구멍은 전기 연결, 고정 및 구성 요소 위치 지정에 역할을 합니다.

THT에 관한 한, 스루홀은 일반적으로 스루홀 비아, 블라인드 비아 및 매립 비아로 분류됩니다.
a. 쓰루홀 비아는 회로기판의 모든 층을 관통하며 내부 배선이나 위치 결정 홀 역할을 한다. 스루홀 비아는 기술적으로 저렴한 비용으로 접근할 수 있기 때문에 대부분의 PCB에 널리 적용됩니다.
b. 블라인드 비아는 표면 트레이스와 아래의 내부 트레이스를 일정 깊이로 연결하는 역할을 하는 구멍을 말합니다. 비아 깊이와 비아 직경의 비율은 일반적으로 특정 값을 초과하지 않습니다.
c. Buried via는 회로기판 표면으로 확장되지 않아 PCB기판 외관상 보이지 않는 내부 레이어에 위치한 연결비아를 말합니다.

블라인드 비아와 매립 비아는 모두 회로 기판의 내부 레이어에 위치하며 라미네이션 전에 생성됩니다.

THT의 기생 커패시턴스

스루 홀은 접지에 대한 기생 커패시턴스를 제공합니다. 접지면의 절연 비아 직경은 D₂입니다.; 관통 구멍 패드의 직경은 D₁입니다.; PCB의 두께는 T입니다. 기판 재료의 유전 상수는 ε입니다. 그런 다음 관통 구멍의 기생 정전 용량은 공식 C=1.41εTD₁로 계산할 수 있습니다. /(D₂ -D₁ )

회로에 대한 기생 커패시턴스의 주요 영향은 신호의 상승 시간을 연장하고 회로 실행 속도를 낮추는 것입니다. 따라서 기생 커패시턴스가 낮을수록 좋습니다.

THT의 기생 인덕턴스

스루홀에는 기생 인덕턴스도 있습니다. 고속 디지털 회로 설계 과정에서 기생 인덕턴스로 인한 위험은 일반적으로 기생 커패시턴스로 인한 위험보다 큽니다. 기생 직렬 인덕턴스는 바이패스 커패시턴스의 기능을 약화시키고 전체 전력 시스템의 필터링 효과를 감소시킵니다. 관통 홀의 인덕턴스를 L, 관통 홀 길이를 h, 비아의 직경을 d로 표시할 때 관통 홀의 기생 인덕턴스는 공식 L=5.08h[In(4h/d)+1]에 따라 계산할 수 있습니다.

이 공식에 따르면 관통 구멍 직경은 인덕턴스와 거의 관련이 없으며 인덕턴스에 영향을 미치는 가장 큰 요소는 관통 구멍 길이입니다.

비 THT(블라인드 비아 및 매립 비아 포함)

비 THT의 경우 블라인드 비아 및 매립 비아를 적용하면 레이어 수를 포함한 PCB 크기와 품질을 크게 줄이고 전자기 호환성(EMC)을 개선하며 비용을 최소화할 수 있습니다. 또한 디자인 작업이 훨씬 쉬워집니다. 전통적인 PCB 설계 및 PCB 제조 공정에서 스루 홀은 일반적으로 많은 문제를 야기합니다. 첫째, 그들은 유효 공간의 대부분을 차지합니다. 둘째, 관통 구멍의 밀도가 너무 높으면 PCB 기판의 내부 추적에 문제가 발생합니다.

PCB 설계에서 패드와 쓰루 홀의 크기는 지속적으로 감소하지만 기판 두께가 비례하지 않게 줄어들면 종횡비가 증가하고 종횡비가 증가하면 신뢰성이 감소합니다. 레이저 드릴링 기술과 플라즈마 건식 에칭 기술의 성숙으로 non-THT 스몰 블라인드 비아와 매립 비아가 또 다른 가능성이 되었습니다. 이러한 구멍의 직경이 0.3mm일 때 기생 매개변수는 PCB 신뢰성이 높아지면서 기존 비아의 10분의 1이 됩니다.

THT가 적용되지 않은 경우 PCB 보드에서 큰 스루홀 수가 줄어들어 추적을 위해 더 많은 공간을 남길 수 있습니다. EMI/RFI 성능을 향상시키기 위해 휴식 공간을 대규모 영역 차폐로 사용할 수 있습니다. 또한 내부 구성 요소 및 주요 네트워크 케이블의 부분 차폐로 더 많은 휴식 공간을 사용하여 최적의 전기적 성능을 제공할 수 있습니다. 비 THT 비아를 적용하면 부품 핀이 더 쉽게 통과할 수 있으므로 BGA(볼 그리드 어레이) 부품과 같은 고밀도 핀 부품에 대한 추적이 더 쉬워질 수 있습니다.

일반 PCB의 THT 디자인

기생 커패시턴스와 기생 인덕턴스는 일반적인 PCB 설계 단계에서 스루홀에 거의 영향을 미치지 않습니다. 1~4층 PCB 설계에 관한 한 접지면의 비아, 패드 및 절연 영역에 대해 직경 0.36mm, 0.61mm 또는 1.02mm와 같은 관통 구멍을 각각 선택할 수 있습니다. 특별한 요구 사항이 있는 일부 신호 트레이스는 직경이 0.41mm, 0.81mm 및 1.32mm인 관통 구멍에 따라 달라질 수 있습니다.

고속 PCB의 THT 설계

위에서 언급한 THT의 기생 특성에 따라 단순해 보이는 THT가 고속 PCB 설계에서 회로 설계에 큰 부정적인 영향을 미치는 경향이 있음을 알 수 있다. THT의 기생 효과로 인한 나쁜 영향을 줄이기 위해 다음 팁을 참조로 제공합니다.
a. 적절한 THT 크기를 선택해야 합니다. 다중 레이어 및 일반 밀도의 PCB 설계와 관련하여 THT는 비아, 패드 및 절연 영역에 대해 각각 0.25mm, 0.51mm 및 0.91mm인 스루홀 매개변수로 선택해야 합니다. 고밀도 PCB는 또한 매개변수가 0.20mm, 0.46mm 및 0.86mm인 관통 구멍을 비아, 패드 및 절연 영역에 대해 선택할 수 있습니다. 비 THT도 선택적입니다. 전원 또는 접지와 관련된 관통 구멍의 경우 임피던스를 줄이기 위해 큰 크기의 관통 구멍을 선택할 수 있습니다.
b. 파워 플레인의 격리 영역은 클수록 좋습니다. 관통 구멍 밀도에 관한 한 D₁ 값 일반적으로 D₂의 합입니다. 및 0.41mm.
c. 레이어를 가로지르지 않고 신호 트레이스를 배열하는 것이 가장 좋습니다. 즉, 관통 구멍의 수를 최소화해야 합니다.
d. 더 얇은 PCB는 기생 매개변수 감소에 유리하도록 활용됩니다.
e. 스루홀은 가능한 한 전원 및 접지 핀에 가깝게 배치해야 하며 THT와 핀 사이의 리드는 인덕턴스 향상으로 이어지기 때문에 가능한 한 짧아야 합니다. 또한 전원 및 접지의 리드는 임피던스를 낮추기 위해 가능한 한 두껍게 할 수 있습니다.

물론 PCB 설계 단계에서 특정 문제를 구체적으로 분석해야 합니다. 비용과 신호 품질이라는 두 가지 다른 측면을 절대 피할 수 없습니다. 적절한 비용으로 최적의 신호 품질을 캡처하려면 고속 PCB 설계 시 균형 잡힌 고려가 이루어져야 합니다.

또한 다음 항목에 관심이 있을 수 있습니다.
• 고속 디지털 회로에서 블라인드/매립 비아를 설계하는 방법
• 고속 PCB의 비아에서 작동하지 않는 패드를 제거하거나 유지해야 합니까?
• 임베디드 애플리케이션 시스템에서 고속 PCB 설계에 대한 연구
• 고속 PCB용 이미지 평면 설계 방법
• PCBCart의 전체 기능 PCB 제조 서비스
• 고급 턴키 PCB 조립 서비스 PCB카트