Die via is een van die belangrike komponente van multi-laag PCB, en die koste van boor is gewoonlik verantwoordelik vir 30% tot 40% van die koste van PCB bord.Eenvoudig gestel, elke gaatjie op die PCB kan 'n via genoem word.
Die basiese konsep van die via:
Uit die oogpunt van funksie kan die via in twee kategorieë verdeel word: een word gebruik as 'n elektriese verbinding tussen die lae, en die ander word gebruik as 'n bevestiging of posisionering van die toestel.As uit die proses, word hierdie gate oor die algemeen in drie kategorieë verdeel, naamlik blinde gate, begrawe gate en deur gate.
Blinde gate is op die boonste en onderste oppervlaktes van die gedrukte stroombaan geleë en het 'n sekere diepte vir die verbinding van die oppervlakkring en die binnekring hieronder, en die diepte van die gate oorskry gewoonlik nie 'n sekere verhouding (opening).
Die begrawe gat verwys na die verbindingsgat in die binneste laag van die gedrukte stroombaan, wat nie na die oppervlak van die bord strek nie.Bogenoemde twee tipes gate is in die binneste laag van die stroombaanbord geleë, wat voltooi word deur die deurgatgietproses voor laminering, en verskeie binnelae kan tydens die vorming van die deurgat oorvleuel word.
Die derde tipe word deurgate genoem, wat deur die hele stroombaanbord gaan en gebruik kan word om interne onderlinge verbinding te bewerkstellig of as installasieposisioneringsgate vir komponente.Omdat die deurgat makliker in die proses bereik kan word en die koste laer is, gebruik die oorgrote meerderheid gedrukte stroombaanborde dit eerder as die ander twee deurgate.Die volgende gate, sonder spesiale instruksies, word as deurgate beskou.
Vanuit 'n ontwerpoogpunt bestaan 'n deur hoofsaaklik uit twee dele, een is die middel van die boorgat, en die ander is die sweisblok-area rondom die boorgat.Die grootte van hierdie twee dele bepaal die grootte van via.
Dit is duidelik dat, in 'n hoë-spoed, hoë-digtheid PCB ontwerp, die ontwerpers wil altyd die gat so klein as moontlik, sodat meer bedrading spasie gelaat kan word, boonop, hoe kleiner die via, is sy eie parasitiese kapasitansie kleiner, meer geskik vir hoëspoedkringe.
Die vermindering van die via-grootte bring egter ook 'n toename in koste mee, en die grootte van die gat kan nie onbepaald verminder word nie, dit word beperk deur boor- en elektroplateringstegnologie: hoe kleiner die gat, hoe langer die boor neem, hoe makliker is dit is om van die middelpunt af te wyk;Wanneer die diepte van die gat meer as 6 keer die deursnee van die gat is, is dit onmoontlik om te verseker dat die gatwand eenvormig met koper bedek kan word.
Byvoorbeeld, as die dikte (deur gatdiepte) van 'n normale 6-laag PCB-bord 50Mil is, dan kan die minimum boordeursnee wat PCB-vervaardigers onder normale toestande kan verskaf, slegs 8Mil bereik.Met die ontwikkeling van laserboortegnologie kan die grootte van die boor ook kleiner en kleiner wees, en die deursnee van die gat is oor die algemeen minder as of gelyk aan 6Mils, ons word mikrogate genoem.
Mikrogate word dikwels gebruik in HDI (hoë digtheid interconnect structure) ontwerp, en mikrogat tegnologie kan toelaat dat die gat direk op die pad geboor word, wat die kringprestasie aansienlik verbeter en die bedradingspasie bespaar.Die via verskyn as 'n breekpunt van impedansiediskontinuïteit op die transmissielyn, wat 'n refleksie van die sein veroorsaak.Oor die algemeen is die ekwivalente impedansie van die gat ongeveer 12% laer as die transmissielyn, byvoorbeeld, die impedansie van 'n 50 ohm transmissielyn sal met 6 ohm verminder word wanneer dit deur die gat gaan (spesifiek en die grootte van die via, die plaatdikte hou ook verband, nie 'n absolute vermindering nie).
Die refleksie wat veroorsaak word deur die impedansie diskontinuïteit via is egter eintlik baie klein, en die refleksiekoëffisiënt daarvan is slegs:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
Die probleme wat voortspruit uit die via is meer gekonsentreer op die effekte van parasitiese kapasitansie en induktansie.
Via se parasitiese kapasitansie en induktansie
Daar is 'n parasitiese dwaalkapasitansie in die via self.As die deursnee van die soldeerweerstandsone op die gelê laag D2 is, is die deursnee van die soldeerblok D1, die dikte van die PCB-bord is T, en die diëlektriese konstante van die substraat is ε, die parasitiese kapasitansie van die deurgat is ongeveer:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
Die hoofeffek van die parasitiese kapasitansie op die stroombaan is om die stygtyd van die sein te verleng en die spoed van die stroombaan te verminder.
Byvoorbeeld, vir 'n PCB met 'n dikte van 50Mil, as die deursnee van die viapad 20Mil is (die deursnee van die boorgat is 10Mils) en die deursnee van die soldeerweerstandsone is 40Mil, dan kan ons die parasitiese kapasitansie van die via deur die bogenoemde formule:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Die hoeveelheid stygtydverandering wat deur hierdie deel van die kapasitansie veroorsaak word, is rofweg:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
Uit hierdie waardes kan gesien word dat alhoewel die nut van die stygvertraging wat veroorsaak word deur die parasitiese kapasitansie van 'n enkele via nie baie duidelik is nie, as die via verskeie kere in die lyn gebruik word om tussen lae te wissel, sal veelvuldige gate gebruik word, en die ontwerp moet noukeurig oorweeg word.In die werklike ontwerp kan die parasitiese kapasitansie verminder word deur die afstand tussen die gat en die koperarea (Anti-pad) te vergroot of die deursnee van die pad te verminder.
In die ontwerp van hoëspoed digitale stroombane is die skade wat veroorsaak word deur die parasitiese induktansie dikwels groter as die invloed van die parasitiese kapasitansie.Die parasitiese reeksinduktansie daarvan sal die bydrae van die verbyvloeikapasitor verswak en die filtereffektiwiteit van die hele kragstelsel verswak.
Ons kan die volgende empiriese formule gebruik om eenvoudig die parasitiese induktansie van 'n deurgatbenadering te bereken:
L=5,08h[ln(4u/d)+1]
Waar L na die induktansie van via verwys, is h die lengte van via, en d is die deursnee van die sentrale gat.Uit die formule kan gesien word dat die deursnee van die via min invloed op die induktansie het, terwyl die lengte van die via die grootste invloed op die induktansie het.Deur steeds die voorbeeld hierbo te gebruik, kan die uit-gat induktansie bereken word as:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
As die stygtyd van die sein 1ns is, dan is sy ekwivalente impedansiegrootte:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
Sulke impedansie kan nie geïgnoreer word in die teenwoordigheid van hoëfrekwensiestroom deur nie, veral, let op dat die verbyvloeikapasitor deur twee gate moet gaan wanneer die kraglaag en die formasie verbind word, sodat die parasitiese induktansie van die gat vermenigvuldig sal word.
Hoe om die via te gebruik?
Deur bogenoemde ontleding van die parasitiese kenmerke van die gat, kan ons sien dat in hoëspoed PCB-ontwerp, skynbaar eenvoudige gate dikwels groot negatiewe effekte op die ontwerp van die stroombaan bring.Om die nadelige effekte wat veroorsaak word deur die parasitiese effek van die gat te verminder, kan die ontwerp so ver moontlik wees:
Kies 'n redelike grootte van die via-grootte uit die twee aspekte van koste en seinkwaliteit.Indien nodig, kan jy dit oorweeg om verskillende groottes vias te gebruik, soos vir kragtoevoer of gronddraadgate, jy kan oorweeg om 'n groter grootte te gebruik om die impedansie te verminder, en vir seinbedrading kan jy 'n kleiner via gebruik.Natuurlik, soos die grootte van die via afneem, sal die ooreenstemmende koste ook toeneem
Die twee formules wat hierbo bespreek is, kan tot die gevolgtrekking gekom word dat die gebruik van 'n dunner PCB-bord bevorderlik is om die twee parasitiese parameters van die via
Die seinbedrading op die PCB-bord moet nie so ver as moontlik verander word nie, dit wil sê, probeer om nie onnodige vias te gebruik nie.
Vias moet in die penne van die kragtoevoer en die grond geboor word.Hoe korter die lood tussen die penne en die vias is, hoe beter.Veelvuldige gate kan parallel geboor word om die ekwivalente induktansie te verminder.
Plaas 'n paar gegronde deurgate naby die deurgate van die seinverandering om die naaste lus vir die sein te verskaf.Jy kan selfs 'n paar oortollige grondgate op die PCB-bord plaas.
Vir hoëspoed-PCB-borde met hoë digtheid, kan u dit oorweeg om mikrogate te gebruik.