Zasady projektowania przelotek w płytkach drukowanych

We współczesnym projektowaniu układów elektronicznych, Projektowanie płytek drukowanych (PCB) stanowi kluczowy element całego procesu rozwoju produktu. W szczególności projekt przelotek ma bezpośredni wpływ na kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak integralność sygnału, wytrzymałość mechaniczna i możliwość produkcji. Zaawansowana płytka drukowana może zawierać tysiące ścieżek, pól stykowych i przelotek, które służą do przewodzenia sygnałów i dostarczania zasilania między pinami układów. Zadaniem projektanta płytek drukowanych jest uporządkowanie i zaprojektowanie tych elementów, prawidłowe ich połączenie oraz uniknięcie kontaktu z innymi sieciami sygnałowymi lub zasilającymi. Wymaga to trasowania ścieżek w projekcie płytki drukowanej oraz wykorzystania przelotek do połączenia warstw.

Chociaż stosowanie przelotek może wydawać się prostą czynnością, w praktyce projektowej wykorzystuje się wiele różnych typów przelotek. Każdy rodzaj przelotki może podlegać innym zasadom stosowania, a jeśli jesteś projektantem płytek drukowanych, Twoim obowiązkiem jest uporządkowanie przelotek i stosowanie odpowiednich zasad dla każdego ich rodzaju w systemie CAD. Poniżej omówiono kilka aspektów, które pomogą użytkownikom w pełni zrozumieć i opanować kluczowe zagadnienia oraz zasady projektowania przelotek na płytkach drukowanych. .

Czym są przelotki w płytkach drukowanych?

Przelotka na płytce drukowanej to otwór umożliwiający przepływ sygnałów elektrycznych i zasilających między różnymi warstwami. W złożonych, wielowarstwowych projektach płytek drukowanych przelotki zazwyczaj przechodzą przez wiele warstw, tworząc połączenia między nimi, natomiast w projektach płytek jednowarstwowych przelotki służą do ułatwienia trasowania obwodów.

PCB poprzez typy

Otwór przelotowy	Otwory przelotowe są najpowszechniejsze i najłatwiejsze w produkcji. Mają jednak ograniczenia dotyczące minimalnych rozmiarów i zajmują dużo miejsca w układach o dużej gęstości.
Otwory ślepe i otwory ukryte	Przelotki ślepe i zakopane albo zaczynają się od warstwy zewnętrznej i tylko częściowo przebiegają przez stos płytek (przelotki ślepe), albo przebiegają wyłącznie między warstwami wewnętrznymi (przelotki zakopane). Przelotki te wymagają większej liczby etapów produkcji w porównaniu ze standardowymi przelotkami. Jednak ze względu na wymagania dotyczące integralności sygnału oraz możliwość tworzenia dodatkowych ścieżek trasowania powyżej i/lub poniżej nich, przelotki te są krótsze i bardziej pożądane w projektach.
Mikrootwory	Mikroprzelotki, znane również jako przelotki wiercone laserowo, łączą jedynie dwie warstwy; stanowią one idealną metodę połączeń dla gęsto rozmieszczonych elementów o małym rozstawie i dużej liczbie wyprowadzeń.

PCB przelotki

Nawiązanie połączenia sygnału elektrycznego	Dzięki zastosowaniu przelotek umożliwiających przejście przez wiele warstw można połączyć ze sobą różne sygnały elektryczne, tworząc kompletny obwód. Ma to szczególne znaczenie w przypadku przesyłania sygnałów o wysokiej częstotliwości i dużej prędkości.
Określić lokalizację i rozmieszczenie płytki drukowanej	Dzięki przelotkom płytki drukowane można zamocować w urządzeniu, co pozwala na ich precyzyjne umiejscowienie w obrębie urządzenia. Podczas procesu montażu przelotki ułatwiają również precyzyjne rozmieszczenie układów scalonych i innych elementów. Pomaga to również przyspieszyć proces produkcji i zwiększyć jej wydajność.
Funkcja odprowadzania ciepła	Urządzenia o dużej mocy wymagają przelotek służących do odprowadzania ciepła. Dzięki przelotkom ciepło może być przekazywane do radiatora zamontowanego na spodzie płytki drukowanej, co pozwala obniżyć temperaturę elementów oraz zwiększyć niezawodność i wydajność urządzenia.

PCB zgodnie z zasadami

Poprzez ustawienie rozmiaru	Wymiary przelotek należy ustalać na podstawie projektowanej grubości płytki, liczby warstw oraz sygnałów elektrycznych, które mają być połączone. Zasadniczo minimalne wymagania produkcyjne ustalono na 8 mil średnicy przelotki i 0,15 mm szerokości przelotki. Projekt przelotek powinien zapewniać wystarczającą ilość miejsca oraz odpowiednią liczbę przelotek wewnątrzwarstwowych, aby umożliwić wykonanie wszystkich niezbędnych połączeń.
Poprzez ustawienie pozycji	Przelotki należy umieszczać z dala od innych kluczowych elementów, zwłaszcza wrażliwych czujników. Aby uzyskać optymalne wyniki, przelotki należy umieszczać pośrodku pól lutowniczych, w miejscu łatwo dostępnym w projekcie.
Potwierdzenie wymiarów	Podczas projektowania układu przelotki powinny odpowiadać ustalonym wymiarom. Pozwala to obniżyć koszty produkcji i zwiększyć wydajność produkcji. W przypadku pozostałych wymiarów zewnętrznych należy zwrócić uwagę na odpowiedni współczynnik kształtu przelotek, a podczas faktycznego wycinania należy starannie rozważyć odstępy między nimi, aby zapewnić wydajność linii produkcyjnej.

Miejsca zastosowania i metody montażu tradycyjnych elementów przewlekanych Projekty płytek drukowanych

W obecnej Produkcja płytek drukowanych Zgodnie z normami standardowe otwory przelotowe pokryte galwanicznie stały się podstawowym elementem projektowania płytek drukowanych. Otwory przelotowe można wywiercić w płytkach drukowanych o dowolnym wymaganym rozmiarze, co pozwala na połączenie ścieżek lub ścieżek miedzianych z przelotkami na dowolnej warstwie płytki drukowanej. Otwory przelotowe mają wiele zastosowań, w tym:

Okablowanie konwencjonalne	Otwory przelotowe stanowią standardową metodę przenoszenia ścieżek sygnałowych z jednej warstwy płytki drukowanej na drugą.
Okablowanie awaryjne	Elementy do montażu powierzchniowego zazwyczaj wymagają, aby wyprowadzenia były bezpośrednio połączone z przelotkami w celu poprowadzenia tras na wewnętrznych warstwach wielowarstwowych płytek drukowanych. Te przelotki ucieczkowe lub rozgałęziające są zazwyczaj trasowane przed ułożeniem pozostałych ścieżek. Układ rozmieszczenia przelotek ucieczkowych należy zaprojektować tak, aby pozostawić jak najwięcej ścieżek trasowania na wewnętrznych warstwach płytki drukowanej znajdujących się poniżej nich.
Okablowanie zasilające	Przelotki służą również do łączenia elementów z płaszczyznami zasilania/masy lub ścieżkami. Większość przelotek zasilających jest większa niż zwykłe przelotki okablowania, aby umożliwić przepływ większych prądów.

Specjalne zastosowania otworów przelotowych w projektowaniu płytek drukowanych

Otwory przelotowe są również wykorzystywane do specjalnych celów lub w szczególnych sytuacjach na płytkach drukowanych, m.in. w następujących przypadkach:

Otwory wentylacyjne	W przypadku elementów pracujących w wysokich temperaturach przelotki są zazwyczaj osadzone w dużej centralnej płytce uziemienia, co ułatwia skuteczne odprowadzanie ciepła przez płaszczyznę uziemienia płytki. Przelotki te mają kluczowe znaczenie dla zapobiegania sytuacjom, w których nagromadzenie ciepła mogłoby spowodować nieprawidłowe działanie innych elementów na płytce.
Otwór na szew	Te przelotki zapewniają wiele połączeń dla obwodów wysokoprądowych, w których prąd przepływa przez liczne ścieżki zasilające na różnych warstwach płytki drukowanej. Przelotki typu „seam” pomagają również odprowadzać ciepło z tych obwodów i zmniejszać indukcyjność połączeń.
Otwór ekranujący	Umieszczenie wielu przelotek uziemiających wokół wrażliwych obwodów powoduje powstanie efektu klatki Faradaya. Taka metoda okablowania pomaga ograniczyć wpływ potencjalnych zakłóceń elektromagnetycznych na obwód.
Otwór uziemiający przekładni	W projektach wymagających wysokich prędkości stosuje się przelotki transmisyjne uziemienia w celu zachowania ścieżek powrotnych sygnału między wieloma warstwami płaszczyzny uziemienia, gdy trasowanie sygnału przechodzi między warstwami.
Otwór uziemiający przekładni	W projektach wymagających wysokich prędkości stosuje się przelotki transmisyjne uziemienia w celu zachowania ścieżek powrotnych sygnału między wieloma warstwami płaszczyzny uziemienia, gdy trasowanie sygnału przechodzi między warstwami.
Otwór w płycie	Przelotki można umieszczać wewnątrz pól stykowych gęsto upakowanych elementów do montażu powierzchniowego, takich jak obudowy typu BGA (ball grid array). Pomaga to rozwiązać problemy związane z rozstawem, jednak tworzenie przelotek wewnątrz pól stykowych może stanowić wyzwanie dla producentów korzystających z wiertarek mechanicznych do standardowych otworów przelotowych. Mikroprzelotki stanowią lepsze rozwiązanie.

Zasady projektowania obwodów drukowanych z otworami przelotowymi oraz środki ostrożności podczas produkcji.

Otwory przelotowe wymagają umieszczenia podkładki na każdej warstwie płytki drukowanej. Podkładka musi być wystarczająco duża, aby umożliwić wiercenie, a jednocześnie wystarczająco mała, aby nie zajmowała zbyt dużo miejsca. Na warstwach płaskich płytki drukowanej należy również zapewnić standardowe podkładki antywibracyjne o rozmiarze odpowiednim do średnicy wiertła. Metalowy pierścień otaczający otwór przelotowy na zewnętrznej warstwie płytki drukowanej nazywany jest pierścieniem ochronnym, a pierścień ten jest jednym z głównych czynników determinujących klasę niezawodności płytki drukowanej. Płytki drukowane klasy 1 dopuszczają uszkodzenie pierścienia podczas wiercenia, natomiast klasa 2 wymaga, aby wiertło było styczne do pierścienia. Płytki drukowane klasy 3 charakteryzują się najwyższą klasą niezawodności, a grubość pierścienia w dowolnym punkcie wokół otworu nie może być mniejsza niż 5 mil.

Kolejną kluczową zasadą projektowania otworów przelotowych jest dobór rozmiaru przelotki w oparciu o współczynnik kształtu otworu w stosunku do grubości płytki. Wiertła mechaniczne mają ograniczoną głębokość wiercenia, a stosunek boków określa granicę tej głębokości. Zazwyczaj producenci płytek wymagają, aby stosunek boków nie przekraczał 10:1, co oznacza, że w przypadku płytki o grubości 62 mil najmniejszy rozmiar przelotki, który można niezawodnie wywiercić, wynosi 6 mil.

Jeśli do połączenia sygnałów o dużej prędkości na dwóch pierwszych warstwach 12-warstwowej płytki drukowanej wykorzystuje się otwory przelotowe, większość niewykorzystanych przelotek może pełnić rolę anten, powodując problemy z integralnością sygnału. Aby temu zaradzić, wielu producentów wykonuje wiercenie wsteczne w niewykorzystanych częściach przelotek. Wywiercanie od tyłu wymaga szczegółowych instrukcji i danych od projektantów, określających, które przelotki należy usunąć. Jednak wywiercanie od tyłu zwiększa koszty produkcji, dlatego lepszym rozwiązaniem jest zazwyczaj zastosowanie mikroprzelotek, przelotek ślepych lub przelotek zakopanych w celu poprawy wydajności płytki drukowanej.

Wreszcie, w razie potrzeby otwory przelotowe można zakryć lub wypełnić, ale podobnie jak w przypadku wiercenia tylnego, operacja ta wymaga również od projektanta płytki drukowanej przekazania producentowi szczegółowych instrukcji:

Olej do uszczelniania otworów przelotowych	Pokrycie przelotek maską lutowniczą nie powoduje faktycznego wypełnienia otworu przelotowego, jednak należy zadbać o to, by podczas ogrzewania w trakcie lutowania w obudowie nie powstały pęcherzyki powietrza, które mogłyby doprowadzić do wycieku gazu. Zazwyczaj w środku maski lutowniczej pokrywającej przelotkę pozostawia się niewielki otwór, aby umożliwić ucieczkę gorącego powietrza. Maska lutownicza nakładki przelotki pomaga zbliżyć przelotkę do wzoru pól montażu powierzchniowego, nie pozwalając jednocześnie na przepływ lutu przez otwór.
Zapełnianie pastą przewodzącą	Otwory przelotowe wypełnia się żywicą epoksydową wzbogaconą materiałami metalowymi, takimi jak złoto, srebro lub miedź. Ta metoda wypełniania otworów przelotowych pozwala poprawić przepustowość prądową i wydajność odprowadzania ciepła przez otwory przelotowe, ale jest kosztowna.
Nieprzewodząca zatyczka z zawiesiny	Ta metoda zabezpieczania przelotek chroni je bez konieczności stosowania obróbki powierzchniowej, ale nie poprawia odprowadzania ciepła ani przepustowości prądowej. W metodzie tej zazwyczaj wykorzystuje się maskę lutowniczą lub inne podobne materiały.

Zasady projektowania przelotek w płytkach drukowanych dla przelotek ślepych i zakopanych

Aby uzyskać więcej miejsca na trasowanie na płytkach drukowanych, producenci opracowali metodę ograniczającą liczbę warstw płytki, przez które mogą przebiegać przelotki. Przelotki te nazywane są przelotkami ślepymi lub zakopanymi, jednak projektanci powinni pamiętać, że ich produkcja jest droższa niż w przypadku standardowych przelotek przelotowych.

Czym jest otwór nieprzelotowy i jakie są zasady jego projektowania?

Przelotki ślepe zaczynają się na zewnętrznej warstwie płytki drukowanej i przebiegają jedynie przez część stosu warstw. Ponieważ przelotki ślepe są wiercone maszynowo, ograniczenia dotyczące średnicy wiertła są takie same jak w przypadku otworów przelotowych. Jednak w obrębie stosu warstw płytki drukowanej przelotki ślepe umożliwiają utworzenie dodatkowych kanałów trasowania poniżej lub powyżej nich. Daje to ślepym przelotkom znaczną przewagę nad otworami przelotowymi wierconymi od tyłu, ponieważ otwory przelotowe, ze względu na swój rurkowaty kształt, nie pozwalają na poprowadzenie ścieżek poniżej lub powyżej nich. Ponadto ślepe przelotki są wytwarzane sekwencyjnie, co oznacza, że pary warstw są wiercone i galwanizowane przed ich połączeniem. Ponieważ przelotki ślepe wymagają dodatkowych etapów w procesie produkcyjnym, nie są one opłacalne, ale ich zastosowanie może być konieczne ze względu na integralność sygnału lub parametry elektryczne. Projektanci płytek drukowanych powinni stosować przelotki ślepe z ostrożnością, używając ich tylko wtedy, gdy jest to konieczne, i po uzgodnieniu szczegółów produkcyjnych z producentem płytek drukowanych.

Czym jest odwiert podziemny oraz zasady dotyczące jego projektowania?

Przelotki zakopane, podobnie jak przelotki ślepe, są wiercone mechanicznie, ale ich punkty początkowe i końcowe znajdują się na wewnętrznych warstwach płytki drukowanej, a nie na powierzchni. Przelotki zakopane są bardzo przydatne w przypadku płytek drukowanych o gęstym upłukowaniu, umożliwiając umieszczenie kanałów trasowania zarówno nad, jak i pod nimi. Jednak podobnie jak przelotki ślepe, przelotki zakopane są również kosztowne, a ich opłacalność nie jest wysoka, chyba że ich zastosowanie pozwala znacznie zmniejszyć liczbę warstw na płytce drukowanej. Oprócz wierconych mechanicznie przelotek ślepych i zakopanych lepszym rozwiązaniem są mikroprzelotki wiercone za pomocą laserów.

zasady projektowania w płytce drukowanej zgodnie z projektem

Mikrootwory to otwory o średnicy mniejszej niż 6 milów, zazwyczaj wiercone za pomocą laserów. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary mikroprzepusty zazwyczaj przebiegają tylko przez jedną warstwę, ale mogą być stosowane zarówno w zewnętrznych, jak i wewnętrznych warstwach płytki drukowanej. Dzięki swoim niewielkim rozmiarom mikroprzepusty nadają się do wielu sytuacji, w których zastosowanie otworów przelotowych nie jest możliwe, jednak ich koszt produkcji jest znacznie wyższy. Inne zasady projektowania przelotek w płytkach drukowanych związane z mikroprzepustami obejmują:

Proporcje ekranu	Mikropory mają niewielkie rozmiary, co utrudnia galwaniczne osadzanie w ich wnętrzu. Najlepszym rozwiązaniem jest zapewnienie, by ich średnica była większa niż głębokość.
Rozmiar podkładki	Ze względu na mniejszą średnicę mikroprzelotów projektanci płytek drukowanych mogą stosować mniejsze rozmiary pól lutowniczych, nawet do 12 milów, co pozwala na uzyskanie większej liczby kanałów trasowania.
otwór na wtyczkę	Mikrootwory są zazwyczaj wypełniane i pokrywane galwanicznie, aby były zlicowane z innymi elementami metalowymi. Dzięki tej metodzie wypełniania mikrootwory doskonale nadają się do zastosowań z otworami przelotowymi.

Mikrootwory są szeroko stosowane w projektowaniu płytek drukowanych i stanowią kluczowy element konstrukcji o dużej gęstości upakowania. Bez umieszczenia mikrootworów w niewielkich polach stykowych układów BGA o dużej gęstości upakowania niemożliwe byłoby poprowadzenie ścieżek w procesorach i urządzeniach pamięciowych o dużej liczbie pinów. Mikroprzelotki można również stosować w połączeniu z innymi rodzajami przelotek. Mikroprzelotki można układać nie tylko jedna na drugiej, ale także w połączeniu z przelotkami zakopanymi lub ślepymi.

Jak korzystać z przelotek w płytkach drukowanych projekt ?

Kwestie, które należy wziąć pod uwagę na etapie projektowania	Podczas projektowania płytki drukowanej inżynierowie muszą określić położenie, rozmiar i liczbę przelotek w oparciu o wymagania obwodu oraz strukturę warstw płytki. Wymaga to od inżynierów bogatego doświadczenia i specjalistycznej wiedzy, aby zapewnić racjonalność i niezawodność projektu.
Wybierz odpowiedni typ przelotki	Należy wybrać odpowiedni typ przelotki w zależności od konkretnego zastosowania i wymagań. Na przykład przelotki ślepe można zastosować do połączenia ścieżek na powierzchni i w warstwach wewnętrznych; przelotki zakopane można zastosować do połączeń, które muszą być całkowicie ukryte wewnątrz płytki drukowanej; natomiast przelotki przelotowe należy zastosować do połączeń, które muszą przebiegać przez całą grubość płytki drukowanej.
Optymalizacja za pomocą parametrów	Aby poprawić parametry elektryczne i wytrzymałość mechaniczną, należy zoptymalizować takie parametry, jak średnica przelotki, współczynnik apertury oraz grubość folii miedzianej. Odpowiedni dobór tych parametrów pozwala skutecznie ograniczyć niekorzystny wpływ pojemności i indukcyjności pasożytniczych, poprawiając w ten sposób jakość transmisji sygnału.
Środki ostrożności podczas przetwarzania i produkcji	W trakcie procesu produkcji płytek drukowanych konieczne jest ścisłe kontrolowanie kluczowych wskaźników, takich jak dokładność wiercenia przelotek, chropowatość ścianek otworów oraz jakość powlekania miedzią. Jakość tych wskaźników ma bezpośredni wpływ na działanie przelotek oraz ogólną jakość płytki drukowanej.

Wybierz firmę Geyuan Electronics, jeśli chodzi o masową produkcję niestandardowych płytek drukowanych

Geyuan Electronics to oparta na sztucznej inteligencji kompleksowa platforma infrastruktury inteligentnej dla branży elektronicznej. Dzięki integracji oprogramowania przemysłowego oraz ekosystemów inżynierów, producent oryginalnego wyposażenia (OEM) ekosystemów łańcucha dostaw oraz elastycznych ekosystemów produkcyjnych stworzyliśmy ekosystem o obiegu zamkniętym w dziedzinie łańcucha dostaw elektroniki, którego celem jest uproszczenie procesów innowacji sprzętowych. Od momentu powstania rozwinęliśmy szereg obszarów działalności, w tym “Geyuan Solution” z doskonałymi możliwościami projektowania rozwiązań IoT, agentami AI i narzędziami do automatyzacji projektowania elektronicznego, narzędziami do analizy projektowej pod kątem możliwości produkcyjnych, kompleksowymi usługami zaopatrzenia w komponenty elektroniczne, inteligentnym wdrażaniem badań i rozwoju oraz produkcją wielowarstwowych płytek drukowanych o wysokiej niezawodności, montażem SMT, PCBA, a także kompleksowe usługi w zakresie badań i rozwoju produktów oraz ich produkcji. Oferujemy klientom kompleksowe, inteligentne rozwiązania łączące projektowanie, produkcję, zaopatrzenie i dostawę, zmieniając tradycyjny, rozdrobniony i charakteryzujący się asymetrią informacyjną model produkcja elektroniki branży, zwiększając wydajność całego łańcucha – od projektu po produkcję seryjną – oraz tworząc wartość dla kreatywnych pomysłów użytkowników.

Podsumuj

Podsumowując, przelotki na płytkach drukowanych stanowią kluczowy element projektowania obwodów i trasowania. Nie tylko łączą one różne sygnały szeregowo, ale także ułatwiają rozmieszczenie elementów na płytce, odprowadzanie ciepła oraz pełnią inne funkcje. Rozmieszczenie przelotek podlega określonym specyfikacjom i wymaganiom. Dlatego skuteczne rozmieszczenie przelotek może poprawić wydajność termiczną, zwiększyć wydajność produkcji oraz podnieść ogólną jakość wykonania, przyczyniając się w ten sposób znacząco do rozwoju branży produkcji elektronicznej. Jeśli potrzebują Państwo produkcji na dużą skalę niestandardowych produktów PCB, prosimy o kontakt w celu uzyskania pomocy.