1.1 Formação de Stubs
Os furos passantes são a estrutura básica para obter a interconexão entre camadas em PCBs multicamadas, e os furos passantes revestidos convencionais (PTH) penetrarão em toda a espessura da placa. Quando os sinais de alta velocidade são transmitidos apenas entre certas camadas, os segmentos suspensos da parede de cobre na via que não participam da transmissão do sinal formam um ramal - equivalente a uma linha curta paralela com um terminal aberto.
Tomando a placa de 12 camadas como exemplo: quando o sinal muda de L1 para L6, as paredes de cobre dos orifícios de passagem em L7 ~ L12 são pilhas residuais com um comprimento de cerca de 0,8 mm.
1.2 Lei Quantitativa do Efeito de Ressonância
O principal perigo das pilhas residuais é a geração de ressonância da série λ/4 em uma frequência específica, que reflete toda a energia do sinal naquela banda de frequência.
A fórmula da frequência de ressonância é f=c/(4 × L × √ ε r), onde c é a velocidade da luz, L é o comprimento da pilha residual e ε r é a constante dielétrica da placa
FR-4 placa (ε r ≈ 3,8 ~ 4,2) cálculo empírico: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
Os pontos de ressonância típicos correspondem a:
Pilha residual 100mil (2,54 mm) → ressonância em aproximadamente 3,5 GHz
Pilha residual 50mil (1,27mm) → ressonância em aproximadamente 7GHz
Pilha residual 20mil (0,5mm) → ressonância em aproximadamente 17,5GHz
Pilha residual de 10 mm (0,25 mm) → ressonância em aproximadamente 35 GHz
1.3 Impacto específico na integridade do sinal
Mutação de impedância: A pilha residual introduz uma capacitância parasita adicional de 0,3 ~ 0,8pF, fazendo com que a impedância via caia do alvo 50 Ω para 35 ~ 45 Ω, com flutuações de até ± 15%
Deterioração da perda de reflexão e retorno: S11 no ponto de ressonância pode deteriorar-se para -8 ~ -10dB e a reflexão do sinal excede 30%
Aumento significativo na perda de inserção: A perda de inserção na banda de frequência de 10 GHz pode aumentar em 3-5 dB, com uma perda de sinal adicional de 25% em uma pilha residual de 100 mil e até 50% em 200 mil
Fechamento e instabilidade do diagrama ocular: a altura do olho do sinal de 25 Gbps pode ser reduzida em 40% e a instabilidade determinística pode ser aumentada em 20-30 ps
Conversão de modo e diafonia: A descontinuidade da impedância da pilha residual aciona a conversão do modo TE11 para o modo TM01, aumentando a diafonia do canal adjacente em mais de 12%
Efeito cumulativo de múltiplas estacas residuais: O impacto de quatro estacas residuais curtas de 20 mil é muito maior do que o de uma estaca residual de 60 mil de comprimento. Quanto mais furos passantes na ligação, mais exponencialmente aumenta a degradação cumulativa das estacas residuais
Requisitos especiais para diferentes cenários de aplicação
Conector de crimpagem via: Deve ser mantido um comprimento de parede suficiente do orifício de crimpagem (geralmente maior ou igual à profundidade de inserção do pino de crimpagem+12mil margem de segurança) e a broca traseira não deve danificar a estrutura de fixação mecânica da área de crimpagem
Interfaces de memória DDR5/DDR6: Os resíduos de linha de endereço/comando/relógio devem ser controlados dentro de 8mil, e os resíduos de linha de dados devem ser controlados dentro de 10mil
Circuito de RF/ondas milimétricas: pilha residual para sinais de RF acima de 10GHz Menor ou igual a 5mil, pilha residual para aplicações de ondas milimétricas acima de 30GHz Menor ou igual a 2mil, e deve ser coordenada com aterramento via blindagem
Área de fanout BGA: O par diferencial de duas vias deve ser estritamente simétrico, com a mesma camada dentro e fora, mesma abertura, mesma almofada de solda, mesma almofada de solda reversa e mesma profundidade de perfuração posterior, para evitar conversão de modo comum