¿Por qué se colocan las vías de esta manera en una PCB?

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Solía ​​comprobar complejos PCB comerciales, especialmente los de las tarjetas gráficas, para ver cómo los diseñadores profesionales de PCB hacen su diseño y aprenden de sus técnicas.

Cuando revisé la tarjeta que se muestra a continuación, noté dos cosas con respecto a la ubicación de las vías:

( Aquí se muestra una imagen de mayor resolución ).

  1. La PCB está rodeada de costuras en todos los bordes. ¿Cuál es el papel de todos estos? Creo que están conectados a tierra para actuar como un escudo, si eso es cierto, técnicamente no puedo entender cómo con esta colocación logran este escudo.

  2. Al mirar más cerca de los agujeros de montaje, noté que agregaron vías alrededor de la plataforma, ¿por qué?

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Abdella
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¿Puede proporcionar una vista inferior de la PCB?
Jesus Castane

Respuestas:

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Anillo de tierra

Alrededor de la PCB, y a veces áreas dentro de la PCB, está rodeada por un anillo de trazas que está conectado a GND. Ese anillo existe en todas las capas de PCB y está conectado con un montón de vías.

Para explicar lo que hace, necesito describir lo que sucede cuando no tienes el anillo de tierra. Digamos que en la capa 2 tienes un plano de tierra. En la capa 1, tiene un rastro de señal que llega hasta el borde del plano de tierra y se extiende varias pulgadas a lo largo del borde. Este rastro de señal está técnicamente directamente sobre el plano de tierra, pero justo en el borde. En este caso, esa traza irradiará más EMI que otras trazas, también la impedancia de la traza no estaría tan bien controlada. Simplemente moviendo la traza hacia adentro, para que no esté en el borde del plano de tierra, se solucionará el problema. Cuanto más "en" lo mueva, mejor, pero la mayoría de los diseñadores de PCB lo moverán en al menos 0.050 pulgadas.

Hay problemas similares cuando tienes un avión de poder. El plano de potencia debe moverse hacia atrás desde el borde del plano GND.

Hacer cumplir estas reglas, que los rastros no pueden estar a 0.050 "del borde de un avión, es difícil en la mayoría de los paquetes de software de PCB. No es imposible, pero la mayoría de los diseñadores de PCB son flojos y no quieren establecer estas complicadas reglas. Además, esto significa que hay áreas de la PCB que simplemente están vacías de rastros útiles.

Una solución a esto es poner un anillo de tierra y atarlo todo junto con las vías. Esto evitará automáticamente que otras señales entren en esa área de la PCB, pero también proporcionará una mejor prevención de EMI que simplemente mover las trazas hacia atrás. Para el plano de potencia, esto también obliga al plano de potencia a retroceder desde el borde (ya que solo pones un rastro de GND allí).

Orificios de montaje

En la mayoría de los casos, desea conectar sus agujeros de montaje a GND. Esto es por razones EMI y ESD. Sin embargo, los tornillos son realmente malos para los PCB. Digamos que tiene un orificio pasante chapado normal que está conectado a su plano de tierra. El tornillo en sí mismo puede destruir el revestimiento interior del orificio. La cabeza del tornillo puede destruir la almohadilla en la superficie de la PCB. Y la fuerza de aplastamiento puede destruir el plano GND cerca del tornillo. Las probabilidades de que esto suceda son raras, pero muchos EE han tenido suficientes problemas con esto como para encontrar soluciones.

(Debo señalar que la destrucción del revestimiento y / o la almohadilla generalmente provoca que se suelten las motas de metal y se ponga en corto algo importante)

La solución es esta: agregue vías alrededor del orificio de montaje para conectar las almohadillas al plano GND. Las vías múltiples le brindan cierta redundancia y reducen la inductancia / impedancia de todo. Como la vía no está debajo de la cabeza del tornillo, es menos probable que se aplaste. El orificio de montaje se puede quitar, lo que reduce la posibilidad de que escamas metálicas sueltas provoquen un cortocircuito.

Esta técnica no es infalible, pero funciona mejor que un simple orificio de montaje enchapado. Parece que cada diseñador de PCB tiene un método diferente para hacerlo, pero el pensamiento básico detrás de esto es casi el mismo.


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... las costuras formadas forman una jaula de Faraday alrededor de las capas internas del tablero (que también están intercaladas entre los planos del suelo)
vicatcu
David y @vicatcu .. En un diseño en el que estoy trabajando en este momento, quiero aplicar este anillo, pero las especificaciones sobre la conexión a tierra indican que todos los agujeros de montaje deben estar conectados a un "GND de blindaje" que está completamente aislado del circuito principal suelo. ¿Puedo hacer que este anillo suene y conectarlo a Shielding GND en lugar del circuito gnd? ¿obtendría los mismos beneficios?
Abdella
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@Abdella El anillo GND debe estar conectado al mismo GND que su plano de tierra. Si su avión es GND del chasis, conecte el anillo al chasis gnd. Si su avión es GND de señal, conecte el anillo a la señal gnd. Usar un GND diferente empeorará las cosas. Para sus orificios de montaje, puede conectarlos al plano de tierra local a través de una tapa / resistencia / cordón y luego no llenarlo para mantener el orificio aislado. Esto le da la opción de agregar más tarde una resistencia de 0 ohmios o lo que sea cuando falle su prueba EMI. Si esto no es aceptable de acuerdo con sus especificaciones, entonces debe cambiar las especificaciones.
@ user3624 Un poco tarde para llegar a la fiesta aquí, pero ... En cuanto a la declaración, "Dado que la vía no está debajo de la cabeza del tornillo, es menos probable que se aplaste. El orificio de montaje se puede quitar, lo que reduce la posibilidad de escamas de metal sueltas que cortan algo ". No es una de las principales razones para que la vía esté en el anillo anual, aparte de la impedancia, de modo que está intencionalmente debajo de la cabeza del tornillo para agregar soporte estructural contra la fuerza del tornillo en un esfuerzo por mitigar el daño a la PCB ?
AJbotic
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Siempre desea tener el mayor plano de tierra sólido posible. Las capas internas pueden tener islas de tierra separadas, por lo que deben conectarse a todos los planos / islas juntas.

Sin embargo, hay dos cosas más importantes:

  1. evite tener un circuito de tierra y
  2. evite tener una antena a tierra.

Es por eso que agrega tantas vías como sea posible y también "cose" la PCB.

Sócrates
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6

Los VIA en los orificios de montaje están ahí para reducir el costo de mano de obra del ensamblaje de la placa. Si observa detenidamente, verá que los orificios de montaje no están chapados y que hay un pequeño espacio entre los orificios y el interior de la almohadilla.

Para soldar a través de los componentes del orificio, las placas atraviesan una máquina de soldadura por ola. Si los orificios de montaje están chapados, deben enmascararse en la parte inferior con cinta kapton, por ejemplo. Esto evitará que la soldadura suba por el orificio de montaje, pero aumentó el costo de mano de obra de montaje.

Usando los VIA en las almohadillas de los orificios de montaje, permita que los orificios de montaje no estén chapados y aún tengan las almohadillas conectadas al plano de tierra. En la parte inferior, las almohadillas de los agujeros de montaje están cubiertas con la máscara de soldadura. De esta manera, no hay necesidad de enmascararlos antes de pasar por la máquina de waveolder. Cuando la PCB se instala en una carcasa, la cabeza del tornillo hará contacto eléctrico con la almohadilla superior del orificio de montaje y la carcasa.

Yvon Hache
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Muy bien visto! Al principio no me di cuenta de que los agujeros de montaje no están chapados, pero de hecho lo están. Y luego, hay algunos componentes de THT (parece que las tapas electrolíticas son THT). Y si, tienes razón. Probablemente esto se hizo para reducir los costos de ensamblaje con soldadura por ola. Sería genial si pudiéramos ver una vista inferior de la PCB
Jesus Castane
@YvonHache Esto puede ser exacto, pero solo si está asumiendo que no hay (o son muy pocos) componentes SMT en el otro lado del tablero. En las tarjetas PCI / PCIe modernas, hay componentes SMT significativos en ambos lados y apuesto a que la gran mayoría se ensambla con soldadura por reflujo. Luego, los pocos THT se colocan a mano.
AJbotic