Pourquoi les vias sont-ils placés de cette façon sur un PCB?

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J'avais l'habitude de vérifier les circuits imprimés commerciaux complexes, en particulier ceux des cartes graphiques, pour voir comment les concepteurs de circuits imprimés professionnels réalisaient leur mise en page et apprenaient de leurs techniques.

Lorsque j'ai vérifié la carte illustrée ci-dessous, j'ai remarqué deux choses concernant le placement des vias:

(Une image de résolution supérieure est montrée ici ).

  1. Le circuit imprimé est entouré de trous de couture sur tout le pourtour. Quel est le rôle de tout cela? Je pense qu'ils sont connectés à la terre pour agir en tant que bouclier. Si c'est vrai, je ne peux pas comprendre techniquement comment par cet emplacement ils réalisent ce bouclier?

  2. En regardant de plus près les trous de montage, j'ai remarqué qu'ils ajoutaient des vias tout autour du pad, pourquoi?

entrez la description de l'image ici

Abdella
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1
Pouvez-vous fournir une vue de dessous du PCB?
Jesus Castane

Réponses:

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Anneau de terre

Le contour du circuit imprimé, et parfois des zones qu’il contient, est entouré d’un anneau de traces connecté à GND. Cet anneau existe sur toutes les couches de circuits imprimés et est relié à plusieurs vias.

Pour expliquer ce que cela fait, je dois décrire ce qui se passe lorsque vous n'avez pas l'anneau de base. Disons que sur la couche 2, vous avez un plan au sol. Sur la couche 1, vous avez une trace de signal qui va jusqu'au bord du plan de sol et qui s'étend sur plusieurs centimètres le long du bord. Cette trace de signal est techniquement directement au-dessus du plan de sol, mais juste au bord. Dans ce cas, cette trace émettra plus d'EMI que d'autres traces, l'impédance de trace ne serait pas aussi bien contrôlée. Le simple fait de déplacer la trace pour qu’il ne soit pas au bord du plan de sol résoudra le problème. Plus vous le déplacerez, mieux ce sera, mais la plupart des concepteurs de circuits imprimés le déplaceront d’au moins 0,050 pouce.

Il existe des problèmes similaires lorsque vous avez un avion à moteur. Le plan de puissance doit être reculé du bord du plan GND.

L'application de ces règles, qui ne peuvent pas se trouver à moins de 0,050 "du bord d'un avion, est difficile dans la plupart des progiciels de PCB. Ce n'est pas impossible, mais la plupart des concepteurs de PCB sont paresseux et ne souhaitent pas configurer ces règles compliquées. De plus, cela signifie que certaines zones du circuit imprimé sont simplement vides de traces utiles.

Une solution consiste à installer un anneau de masse et à le lier avec des vias. Cela empêchera automatiquement d'autres signaux d'entrer dans cette zone du circuit imprimé, mais fournira également une meilleure prévention contre les interférences électromagnétiques que le simple retour des traces. Pour le plan de puissance, cela force également le plan de puissance à revenir du bord (puisque vous venez de placer une trace GND à cet endroit).

Trous de montage

Dans la plupart des cas, vous souhaitez connecter vos trous de montage à GND. Ceci est pour des raisons EMI et ESD. Cependant, les vis sont vraiment mauvaises pour les circuits imprimés. Supposons qu'un trou métallisé normal soit connecté à votre plan de masse. La vis elle-même peut détruire le placage à l'intérieur du trou. La tête de la vis peut détruire le patin à la surface du circuit imprimé. Et la force de compression peut détruire le plan GND près de la vis. Les chances que cela se produise sont rares, mais de nombreux EE ont eu suffisamment de problèmes pour résoudre ce problème.

(Je devrais noter que la destruction du placage et / ou du tampon entraîne généralement le détachement de mouchetures de métal et le court-circuitage d'un élément important.)

La solution est la suivante: ajoutez des vias autour du trou de montage pour connecter les pads au plan GND. Les vias multiples vous donnent une certaine redondance et réduisent l'inductance / l'impédance de l'ensemble. Puisque la via n'est pas sous la tête de la vis, elle est moins susceptible d'être écrasée. Le trou de montage peut alors être non plaqué, ce qui réduit le risque de flocons de métal en vrac.

Cette technique n’est pas infaillible, mais fonctionne mieux qu’un simple trou de montage plaqué. Il semble que chaque concepteur de PCB a une méthode différente pour le faire, mais la pensée de base qui la sous-tend est la même.


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... la sorte de piqûres à la terre forme en quelque sorte une cage de Faraday autour des couches internes de la planche (qui sont également
prises en
David et @vicatcu .. Dans une conception sur laquelle je travaille en ce moment, je souhaite appliquer cet anneau, mais les spécifications concernant la mise à la terre indiquent que tous les trous de montage doivent être connectés à un "blindage GND" complètement isolé du circuit principal. sol. Puis-je créer cet anneau et le connecter au blindage GND au lieu du circuit gnd? aurais-je les mêmes avantages?
Abdella
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@Abdella L'anneau GND doit être connecté au même GND que votre plan de masse. Si votre avion est Chassis GND, connectez l’anneau au châssis, si votre avion est Signal GND, connectez l’anneau à gnd. Utiliser un GND différent ne fera qu'empirer les choses. Pour vos trous de montage, vous pouvez les connecter au plan de masse local via un capuchon / une résistance / un cordon, puis ne pas le remplir pour que le trou soit isolé. Cela vous donne la possibilité d'ajouter plus tard une résistance de 0 ohm ou autre, si vous échouez à votre test EMI. Si cela n'est pas acceptable selon vos spécifications, vous devez modifier les spécifications.
@ user3624 Un peu tard pour arriver à la fête ici mais ... En ce qui concerne la déclaration: "Puisque la via n'est pas sous la tête de la vis, elle risque moins d'être écrasée. Le trou de montage peut alors être non plaqué, ce qui réduit les risques de flocons de métal en vrac court quelque chose sur ". L’une des principales raisons pour laquelle la via se trouve dans l’anneau annuel, autre que l’impédance, est intentionnellement placée sous la tête de la vis afin d’ajouter un support structurel à la force de la vis afin de limiter les dommages causés au circuit imprimé ?
AJbotic
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Vous voulez toujours avoir le plus possible un plan de masse solide. Les couches intérieures peuvent avoir des îles au sol séparées, elles doivent donc être connectées à tous les plans / îles ensemble.

Cependant, il y a deux choses les plus importantes:

  1. éviter d'avoir une boucle de masse et
  2. éviter d'avoir une antenne au sol.

C'est pourquoi vous ajoutez autant de vias que possible et vous "cousez" le circuit imprimé.

Socrate
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6

Les VIA dans les trous de montage sont là pour réduire les coûts de main-d'œuvre de l'assemblage des cartes. Si vous regardez de plus près, vous verrez que les trous de montage ne sont pas plaqués et qu'il y a un petit espace entre les trous et l'intérieur du patin.

Pour souder des composants de trous, les planches passent par une machine WaveSolder. Si les trous de montage sont plaqués, ils doivent être masqués sur le côté inférieur avec du ruban kapton par exemple. Cela empêchera la brasure de monter dans le trou de montage mais augmentera le coût du travail de montage.

En utilisant les VIA dans les plaquettes de trous de montage, laissez les trous de montage non plaqués tout en maintenant les plaquettes connectées au plan de masse. Sur la face inférieure, les coussinets des trous de montage sont recouverts du soldermask. De cette façon, il n’est pas nécessaire de les masquer avant de passer par la machine wavesolder. Lorsque le circuit imprimé est installé dans un boîtier, la tête de la vis établira le contact électrique avec le patin supérieur du trou de montage et le boîtier.

Yvon Hache
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Vraiment bien repéré! Au début, je n'avais pas réalisé que les trous de fixation ne sont pas plaqués, mais ils le sont effectivement. Et puis, il y a quelques composants THT (il semble que les bouchons électrolytiques sont THT). Et oui, vous avez raison. Cela a probablement été fait pour réduire les coûts d’assemblage avec le brasage à la vague. Ce serait bien si nous pouvions voir une vue de dessous du PCB
Jesus Castane
@YvonHache Cela peut être exact, mais seulement si vous supposez qu'il n'y a pas (ou très peu) de composants SMT de l'autre côté du tableau. Dans les cartes PCI / PCIe modernes, il existe d'importants composants SMT des deux côtés et je parierais que la grande majorité d'entre eux sont assemblés avec une soudure par refusion. Ensuite, les quelques THT sont apposés à la main.
AJbotic