1.1 Formarea stuburilor
Găurile traversante sunt structura de bază pentru realizarea interconexiunii interstrat în PCB-uri multistrat, iar găurile traversante placate convenționale (PTH) vor pătrunde în toată grosimea plăcii. Atunci când semnalele de mare viteză sunt transmise doar între anumite straturi, segmentele de perete de cupru suspendate în via care nu participă la transmisia semnalului formează un stub - echivalent cu o linie scurtă paralelă cu un terminal deschis.
Luând ca exemplu placa cu 12 straturi: când semnalul se schimbă de la L1 la L6, pereții de cupru ai găurilor intermediare din L7 ~ L12 sunt grămezi reziduali cu o lungime de aproximativ 0,8 mm.
1.2 Legea cantitativă a efectului de rezonanță
Principalul pericol al piloților reziduali este generarea de rezonanță serie λ/4 la o frecvență specifică, care reflectă toată energia semnalului din acea bandă de frecvență.
Formula frecvenței de rezonanță este f=c/(4 × L × √ ε r), unde c este viteza luminii, L este lungimea grămezii reziduale și ε r este constanta dielectrică a plăcii
FR-4 placă (ε r ≈ 3,8~4,2) calcul empiric: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
Punctele de rezonanță tipice corespund:
grămadă reziduală 100 mil (2,54 mm) → rezonanță la aproximativ 3,5 GHz
Grămadă reziduală 50mil (1,27 mm) → rezonanță la aproximativ 7GHz
grămadă reziduală 20 mil (0,5 mm) → rezonanță la aproximativ 17,5 GHz
Grămadă reziduală 10 mm (0,25 mm) → rezonanță la aproximativ 35 GHz
1.3 Impact specific asupra integrității semnalului
Mutație de impedanță: grămada reziduală introduce o capacitate parazită suplimentară de 0,3~0,8pF, determinând ca impedanța prin intermediul țintă să scadă de la 50 Ω la 35-45 Ω, cu fluctuații de până la ± 15%
Deteriorarea pierderilor de reflexie și retur: S11 la punctul de rezonanță se poate deteriora la -8~-10dB, iar reflexia semnalului depășește 30%
Creștere semnificativă a pierderii de inserție: Pierderea de inserție în banda de frecvență de 10 GHz poate crește cu 3-5 dB, cu o pierdere suplimentară de semnal de 25% la o grămadă reziduală de 100 mil și până la 50% la 200 mil
Închiderea diagramei de ochi și fluctuația: înălțimea ochiului de semnal de 25 Gbps poate fi redusă cu 40%, iar fluctuația deterministă poate fi crescută cu 20-30 ps
Conversia modului și diafonia: discontinuitatea impedanței reziduale a pilei declanșează conversia modului TE11 în modul TM01, crescând diafonia canalului adiacent cu mai mult de 12%
Efectul cumulativ al mai multor grămezi reziduali: impactul a patru grămezi reziduali scurti de 20 mil este mult mai mare decât cel al unei grămezi reziduale lungi de 60 mil. Cu cât sunt mai multe găuri traversante în legătură, cu atât este mai exponențială degradarea cumulativă a piloților reziduali.
Cerințe speciale pentru diferite scenarii de aplicare
Conector de sertizare prin: trebuie păstrată o lungime suficientă a peretelui găurii de sertizare (de obicei, mai mare sau egală cu adâncimea de introducere a știftului de sertizare+12mil marja de siguranță), iar burghiul din spate nu trebuie să deterioreze structura mecanică de fixare a zonei de sertizare
Interfețe de memorie DDR5/DDR6: reziduurile de linie de adresă/comandă/ceas trebuie controlate în termen de 8mil, iar reziduurile de linie de date trebuie controlate în termen de 10mil
Circuitul undelor RF/milimetrice: grămadă reziduală pentru semnale RF peste 10GHz Mai mică sau egală cu 5mil, grămada reziduală pentru aplicații cu unde milimetrice peste 30GHz Mai mică sau egală cu 2mil și trebuie să fie coordonată cu împământarea prin ecranare
Zona de deschidere BGA: perechea diferențială a două căi trebuie să fie strict simetrică, cu același strat înăuntru și în afară, aceeași deschidere, același tampon de lipit, același tampon de lipit invers și aceeași adâncime de găurire în spate, pentru a evita conversia în mod comun