Правила проектирования сквозных отверстий на печатных платах

В современном проектировании электронных устройств, Проектирование печатных плат (PCB) является важнейшей частью всего процесса разработки продукта. В частности, проектирование переходных отверстий напрямую влияет на ключевые показатели эффективности, такие как целостность сигнала, механическая прочность и технологичность изготовления. Современная печатная плата может содержать тысячи дорожек, контактных площадок и переходных отверстий, обеспечивающих передачу сигналов и питание между выводами устройств. Задача разработчика печатных плат заключается в том, чтобы организовать и спроектировать эти компоненты, правильно соединив их и избегая контакта с другими сигнальными или питающими сетями. Для этого необходимо прокладывать дорожки при проектировании печатной платы и использовать переходные отверстия для соединения слоев.

Хотя использование переходных отверстий может показаться простой операцией, на практике при проектировании могут применяться самые разные типы переходных отверстий. Каждый тип переходных отверстий может иметь свои правила использования, и если вы являетесь разработчиком печатных плат, ваша задача — обеспечить упорядоченность переходных отверстий и применять правильные правила к каждому типу переходных отверстий в вашей системе CAD. Ниже будут подробно рассмотрены несколько аспектов, которые помогут пользователям полностью понять и освоить основные моменты и правила проектирования переходных отверстий на печатных платах. .

Что такое сквозные отверстия на печатной плате?

Переходное отверстие на печатной плате — это отверстие, обеспечивающее прохождение электрических и силовых сигналов между различными слоями. В сложных многослойных конструкциях печатных плат переходные отверстия, как правило, проходят через несколько слоев, обеспечивая соединение между ними, тогда как в однослойных конструкциях они используются для облегчения трассировки цепей.

печатная плата по типам

Сквозное отверстие	Сквозные отверстия являются наиболее распространёнными и простыми в изготовлении. Однако у них есть ограничения по минимальному размеру, и они занимают много места в конструкциях с высокой плотностью размещения.
Слепые отверстия и потайные отверстия	Слепые и погруженные переходные отверстия либо начинаются с внешнего слоя и лишь частично проходят через пакет слоев печатной платы (слепые переходные отверстия), либо проходят исключительно между внутренними слоями (погруженные переходные отверстия). По сравнению со стандартными переходными отверстиями изготовление таких отверстий требует большего количества технологических операций. Однако ввиду требований к целостности сигнала, а также возможности создания дополнительных трасс трассировки над ними и/или под ними, такие переходные отверстия имеют меньшую длину и являются более предпочтительными при проектировании.
Микровиа	Микропереходные отверстия, также известные как лазерные переходные отверстия, проходят только через два слоя; они являются идеальным способом соединения для плотно размещенных компонентов с мелким шагом и большим количеством выводов.

печатная плата проходные отверстия

Обеспечить подключение электрического сигнала	С помощью переходных отверстий, проходящих через несколько слоев, можно соединить между собой различные электрические сигналы, образуя полноценную цепь. Это особенно важно для передачи высокочастотных и высокоскоростных сигналов.
Определите расположение и ориентацию печатной платы	Сквозные отверстия позволяют закрепить печатные платы на оборудовании, обеспечивая их точное позиционирование внутри устройства. В процессе монтажа сквозные отверстия также облегчают точное размещение интегральных схем и других компонентов. Это, в свою очередь, способствует ускорению производственного процесса и повышению эффективности производства.
Функция отвода тепла	В устройствах высокой мощности необходимы сквозные отверстия для отвода тепла. Через эти отверстия тепло может передаваться на радиатор, установленный на нижней стороне печатной платы, что позволяет снизить температуру компонентов и повысить надежность и производительность устройства.

печатная плата в соответствии с правилами

Через настройку размера	Размеры переходных отверстий следует определять исходя из проектной толщины платы, количества слоёв и электрических сигналов, которые необходимо соединить. Как правило, минимальные технологические требования устанавливаются на уровне 8 мил в диаметре и 0,15 мм в ширине переходного отверстия. При проектировании переходных отверстий необходимо обеспечить достаточное пространство и количество внутрислойных переходных отверстий для реализации всех необходимых соединений.
Через настройку положения	Переходные отверстия следует располагать вдали от других критически важных компонентов, особенно от чувствительных датчиков. Для достижения оптимальных результатов переходные отверстия следует размещать в центре контактных площадок, в месте, легко доступном при проектировании.
Подтверждение через Dimension	При разработке макета переходные отверстия должны соответствовать заданным размерам. Это позволяет снизить производственные затраты и повысить эффективность производства. Что касается других внешних размеров, следует уделять внимание соблюдению надлежащего соотношения сторон переходных отверстий, а расстояние между ними необходимо тщательно рассчитывать на этапе фактической резки, чтобы обеспечить выход готовой продукции на производственной линии.

Области применения и методы установки традиционных компонентов с сквозными отверстиями Проектирование печатных плат

В настоящее время Производство печатных плат Стандарты: стандартные сквозные отверстия с гальваническим покрытием стали одним из основных элементов проектирования печатных плат. Сквозные отверстия можно просверливать в печатных платах любого требуемого размера, что позволяет соединять дорожки или медные проводники с переходными отверстиями на любом слое печатной платы. Сквозные отверстия имеют множество применений, в том числе:

Традиционная прокладка кабелей	Сквозные отверстия — это стандартный способ перехода сигнальных дорожек с одного слоя печатной платы на другой.
Прокладка кабелей системы «Escape»	Компоненты для поверхностного монтажа, как правило, требуют непосредственного подключения выводов к переходным отверстиям для прокладки трасс на внутренних слоях многослойных печатных плат. Эти «выходные» или «расползающиеся» переходные отверстия обычно прокладываются до начала прокладки других трасс. Схема размещения выходных переходных отверстий должна быть определена таким образом, чтобы под ними на внутренних слоях печатной платы оставалось как можно больше путей для прокладки трасс.
Электропроводка	Переходные отверстия также используются для подключения устройств к плоскостям питания/заземления или проводным дорожкам. Большинство переходных отверстий для питания имеют большие размеры, чем обычные переходные отверстия для проводки, чтобы выдерживать более высокие токи, которые могут через них проходить.

Особые способы использования сквозных отверстий в печатных платах при проектировании печатных плат

Сквозные отверстия также используются на печатных платах для специальных целей или в особых ситуациях, в том числе в следующих случаях:

Отверстия для отвода тепла	В компонентах, работающих при высоких температурах, переходные отверстия, как правило, встраиваются в большую центральную заземляющую площадку, что способствует эффективному отводу тепла через заземляющую плоскость печатной платы. Эти переходные отверстия играют ключевую роль в предотвращении сбоев в работе других компонентов на печатной плате, вызванных накоплением тепла.
Отверстие для нити	Эти переходные отверстия обеспечивают многочисленные соединения для высокотоковых цепей, в которых ток протекает по нескольким силовым дорожкам на разных слоях печатной платы. Переходные отверстия типа «seam» также способствуют отводу тепла от этих цепей и снижают индуктивность соединений.
Отверстие для экранирования	Размещение нескольких заземляющих переходных отверстий вокруг чувствительных схем создает эффект «клетки Фарадея». Такой способ подключения помогает снизить влияние потенциальных проблем, связанных с электромагнитными помехами, на работу схемы.
Озаземление проходного отверстия	В высокоскоростных схемах проходные отверстия для заземления используются для обеспечения путей возврата сигнала между несколькими слоями заземляющей плоскости при переходе трассировки сигнала с одного слоя на другой.
Озаземление проходного отверстия	В высокоскоростных схемах проходные отверстия для заземления используются для обеспечения путей возврата сигнала между несколькими слоями заземляющей плоскости при переходе трассировки сигнала с одного слоя на другой.
Отверстие в пластине	Переходные отверстия могут размещаться внутри контактных площадок плотных компонентов для поверхностного монтажа, таких как корпуса типа «шариковая сетка» (BGA). Это помогает решить проблемы с расстояниями, однако создание переходных отверстий внутри контактных площадок может представлять сложность для производителей, использующих механические сверла для стандартных сквозных отверстий. Микропереходные отверстия предлагают более эффективное решение.

Правила проектирования печатных плат со сквозными отверстиями и меры предосторожности при производстве.

Для сквозных отверстий требуется контактная площадка на каждом слое печатной платы. Площадка должна быть достаточно большой для сверления, но при этом достаточно маленькой, чтобы не занимать слишком много места. На плоских слоях печатной платы также должны быть предусмотрены стандартные антипады, размер которых должен соответствовать диаметру сверла. Металлическое кольцо, окружающее сквозное отверстие на внешнем слое печатной платы, называется аннулусом, и аннулус является одним из основных факторов, определяющих класс надежности печатной платы. Печатные платы класса 1 допускают повреждение кольцевой зоны при сверлении, тогда как класс 2 требует, чтобы сверло касалось кольцевой зоны по касательной. Печатные платы класса 3 имеют самый высокий класс надёжности, и толщина кольцевой зоны в любой точке вокруг отверстия не должна быть менее 5 мил.

Еще одним ключевым правилом проектирования сквозных отверстий является выбор размера переходного отверстия с учетом соотношения высоты просверленного отверстия к толщине платы. Механические сверла имеют ограниченную глубину сверления, и соотношение сторон определяет предел этой глубины. Как правило, производители плат предпочитают соотношение сторон не более 10:1, что означает, что на плате толщиной 62 мил минимальный размер переходного отверстия, который можно надежно просверлить, составляет 6 мил.

Если сквозные отверстия используются для подключения высокочастотных сигналов на первых двух слоях 12-слойной печатной платы, большинство неиспользуемых переходных отверстий может выступать в роли антенн, что приводит к проблемам с целостностью сигнала. Для решения этой проблемы многие производители просверливают неиспользуемые участки переходных отверстий с обратной стороны. Просверливание с обратной стороны требует специальных инструкций и данных от проектировщиков с указанием того, какие переходные отверстия следует удалить. Однако просверливание с обратной стороны увеличивает производственные затраты, и обычно более предпочтительным вариантом является использование микропереходных отверстий, глухих переходных отверстий или погруженных переходных отверстий для улучшения характеристик печатной платы.

Наконец, при необходимости сквозные отверстия можно закрыть или заделать, но, как и в случае с обратным сверлением, эта операция также требует от разработчика печатной платы предоставления производителю конкретных инструкций:

Масло для крышки сквозного отверстия	Покрытие переходных отверстий паяльной маской на самом деле не заполняет сквозное отверстие, однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы во время нагрева при пайке в корпусе не образовывались пузырьки воздуха, которые могут привести к утечке газа. Как правило, в центре паяльной маски, покрывающей переходное отверстие, оставляют небольшое отверстие для выхода горячего воздуха. Паяльная маска крышки переходного отверстия помогает приблизить переходное отверстие к рисунку контактных площадок для поверхностного монтажа, не позволяя при этом припою протекать через отверстие.
Заделка проводящей пастой	Сквозные отверстия заполняются эпоксидной смолой, содержащей металлические наполнители, такие как золото, серебро или медь. Этот метод заполнения сквозных отверстий позволяет повысить токовую нагрузочную способность и теплоотводные характеристики сквозных отверстий, однако он является дорогостоящим.
Непроводящая шламовая пробка	Данный метод защиты переходных отверстий позволяет защитить их без необходимости проведения обработки поверхности, однако он не улучшает теплоотвод и не повышает токовую нагрузочную способность. При этом методе, как правило, используется паяльная маска или другие аналогичные материалы.

Правила проектирования сквозных отверстий на печатных платах для слепых и потайных сквозных отверстий

Чтобы освободить больше места для трассировки на печатных платах, производители разработали метод, позволяющий ограничить количество слоев печатной платы, через которые могут проходить переходные отверстия. Такие переходные отверстия называются «слепыми» или «погружёнными», однако разработчикам следует учитывать, что их изготовление обходится дороже, чем стандартных сквозных отверстий.

Что такое глухое отверстие и каковы правила его проектирования?

Слепые переходные отверстия начинаются на внешнем слое печатной платы и проходят только через часть многослойной структуры платы. Поскольку слепые переходные отверстия просверливаются механически, ограничения по размеру сверла для них такие же, как и для сквозных отверстий. Однако внутри многослойной структуры печатной платы слепые переходные отверстия позволяют прокладывать дополнительные трассы ниже или выше них. Это даёт слепым переходным отверстиям значительное преимущество перед сквозными отверстиями, просверленными с обратной стороны, поскольку сквозные отверстия из-за своей трубчатой формы не позволяют прокладывать трассы ниже или выше них. Кроме того, слепые переходные отверстия изготавливаются последовательно, то есть пары слоёв просверливаются и покрываются металлом до их соединения. Поскольку глухие переходные отверстия требуют дополнительных этапов в производственном процессе, они не являются экономически выгодными, но их использование может быть необходимым из соображений целостности сигнала или электрических характеристик. Разработчики печатных плат должны использовать глухие переходные отверстия с осторожностью, прибегая к ним только в случае необходимости и после согласования деталей производства с производителем печатных плат.

Что такое засыпанная скважина и его правила проектирования?

Заглубленные переходные отверстия, как и слепые переходные отверстия, просверливаются механическим способом, но их начальные и конечные точки находятся на внутренних слоях печатной платы, а не на поверхности. Заглубленные переходные отверстия очень полезны для печатных плат с плотной разводкой, поскольку позволяют размещать каналы трассировки над ними и под ними. Однако, как и глухие переходные отверстия, заглубленные переходные отверстия также являются дорогостоящими, и их экономическая эффективность невысока, если только их использование не позволяет значительно сократить количество слоёв на печатной плате. Помимо просверливаемых механическим способом глухих и заглубленных переходных отверстий, более предпочтительным вариантом являются микроотверстия, просверливаемые с помощью лазера.

правила проектирования в печатной плате по проекту

Микроотверстия — это отверстия диаметром менее 6 мил, которые, как правило, просверливаются с помощью лазера. Ввиду своих крошечных размеров микровиа обычно проходят только через один слой, но могут использоваться как на внешних, так и на внутренних слоях печатной платы. Благодаря своим малым размерам микровиа подходят для многих ситуаций, когда использование сквозных отверстий невозможно, однако их стоимость изготовления значительно выше. Другие правила проектирования переходных отверстий на печатных платах, относящиеся к микровиа, включают:

Соотношение сторон	Микропоры имеют небольшие размеры, что затрудняет гальваническое осаждение внутри них. Рекомендуется делать их диаметр больше, чем глубину.
Размер площадки	Благодаря меньшему диаметру микропроходов разработчики печатных плат могут использовать контактные площадки меньшего размера — вплоть до 12 мил, что позволяет освободить больше места для трассировки.
отверстие для слива воды	Микроотверстия, как правило, заделывают и покрывают гальваническим слоем, чтобы они находились на одном уровне с другими металлическими компонентами. Благодаря такому способу заделки микроотверстия идеально подходят для применения в схемах со сквозными отверстиями.

Микропроходные отверстия широко используются при компоновке печатных плат и являются ключевым элементом конструкций высокой плотности. Без размещения микропроходных отверстий в небольших контактных площадках BGA высокой плотности было бы невозможно проложить трассы для процессоров и запоминающих устройств с большим количеством выводов. Микровиа также можно использовать в сочетании с другими типами виа. Микровиа можно располагать не только друг над другом, но и в сочетании с заглубленными или слепыми виа.

Как использовать сквозные отверстия на печатной плате дизайн ?

Аспекты, которые следует учитывать на этапе проектирования	При проектировании печатной платы инженерам необходимо определить расположение, размер и количество переходных отверстий с учетом требований схемы и структуры слоев платы. Это требует от инженеров обширного опыта и глубоких знаний, чтобы обеспечить рациональность и надежность проекта.
Выберите подходящий тип переходного отверстия	Выберите подходящий тип переходного отверстия с учётом конкретного сценария применения и требований. Например, глухие переходные отверстия можно использовать для соединения дорожек на поверхности и во внутренних слоях; погруженные переходные отверстия — для соединений, которые должны быть полностью скрыты внутри печатной платы; а сквозные переходные отверстия следует выбирать для соединений, которые должны проходить через всю печатную плату.
Оптимизация с помощью параметров	Для повышения электрических характеристик и механической прочности необходимо оптимизировать такие параметры, как диаметр переходных отверстий, коэффициент апертуры и толщина медной фольги. Правильный подбор этих параметров позволяет эффективно снизить негативное воздействие паразитной ёмкости и индуктивности, тем самым улучшая качество передачи сигнала.
Меры предосторожности при переработке и производстве	В процессе изготовления печатных плат необходимо строго контролировать такие ключевые показатели, как точность сверления сквозных отверстий, шероховатость стенок отверстий и качество медного покрытия. Качество этих показателей напрямую влияет на рабочие характеристики сквозных отверстий и общее качество печатной платы.

Выбирайте компанию «Гэюань Электроникс» для серийного производства печатных плат по индивидуальному заказу

Geyuan Electronics представляет собой универсальную интеллектуальную инфраструктурную платформу на базе искусственного интеллекта для электронной промышленности. Благодаря интеграции промышленного программного обеспечения и экосистем инженеров, производитель оригинального оборудования (OEM) экосистем цепочек поставок и гибких производственных экосистем мы создали замкнутую экосистему в сфере цепочек поставок электроники, нацеленную на упрощение инноваций в области аппаратного обеспечения. С момента основания мы развили ряд направлений деятельности, включая “Geyuan Solution” с передовыми возможностями проектирования решений для Интернета вещей (IoT), AI-агентов и инструментов автоматизации проектирования электроники, инструментов анализа технологичности конструкции, комплексных услуг по закупке электронных компонентов, интеллектуального внедрения высоконадёжных многослойных печатных плат (PCB), их разработки и производства, а также сборки SMT, PCBA, а также комплексные услуги по разработке и производству продукции. Мы предлагаем клиентам комплексные интеллектуальные решения, объединяющие проектирование, производство, закупки и доставку, что позволяет преобразовать традиционную фрагментированную модель с информационной асимметрией в производство электроники промышленности, повышая эффективность всей цепочки — от проектирования до серийного производства — и создавая ценность для творческих идей пользователей.

Обобщить

Таким образом, переходные отверстия на печатных платах являются ключевым элементом при проектировании и трассировке схем. Они не только соединяют различные сигналы последовательно, но и способствуют правильному расположению платы, отводу тепла и выполнению других функций. Расположение переходных отверстий регулируется конкретными техническими условиями и требованиями. Поэтому эффективное размещение переходных отверстий может повысить тепловую эффективность, увеличить производительность и улучшить общее качество изготовления, тем самым внося значительный вклад в развитие электронной промышленности. Если вам требуется крупносерийное производство печатных плат по индивидуальному заказу, пожалуйста, свяжитесь с нами за помощью.