يعد VIA واحد من المكونات المهمة لـ PCB متعدد الطبقات ، وعادة ما تمثل تكلفة الحفر 30 ٪ إلى 40 ٪ من تكلفة لوحة PCB. ببساطة ، يمكن تسمية كل ثقب على ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبر.
المفهوم الأساسي لـ VIA:
من وجهة نظر الوظيفة ، يمكن تقسيم VIA إلى فئتين: يتم استخدام واحدة كاتصال كهربائي بين الطبقات ، والآخر يستخدم كحدود أو تحديد موقع للجهاز. إذا من العملية ، يتم تقسيم هذه الثقوب عمومًا إلى ثلاث فئات ، وهي الثقوب العمياء والثقوب المدفونة ومن خلال الثقوب.
توجد الثقوب العمياء على الأسطح العلوية والسفلية للوحة الدوائر المطبوعة ولها عمق معين لتوصيل الدائرة السطحية والدائرة الداخلية أدناه ، وعادة ما يتجاوز عمق الثقوب نسبة معينة (فتحة).
يشير الثقب المدفون إلى ثقب الاتصال الموجود في الطبقة الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة ، والتي لا تمتد إلى سطح اللوحة. يوجد نوعان أعلاه من الثقوب في الطبقة الداخلية للوحة الدوائر ، والتي يتم الانتهاء منها بواسطة عملية صب الثقب قبل التصفيح ، وقد تتداخل العديد من الطبقات الداخلية أثناء تشكيل الثقب من خلال.
يُطلق على النوع الثالث من خلال الثقوب ، التي تمر عبر لوحة الدوائر بأكملها ويمكن استخدامها لتحقيق التوصيل الداخلي أو كثقوب تحديد موقع التثبيت للمكونات. نظرًا لأن الفتحة من خلال من الأسهل تحقيقها في هذه العملية وتكون التكلفة أقل ، فإن الغالبية العظمى من لوحات الدوائر المطبوعة تستخدمها ، بدلاً من الاثنين الآخرين خلال الثقوب. الثقوب التالية ، دون تعليمات خاصة ، تعتبر من خلال الثقوب.
من وجهة نظر التصميم ، يتكون A VIA بشكل أساسي من جزأين ، أحدهما هو منتصف حفرة الحفر ، والآخر هو منطقة وسادة اللحام حول حفرة الحفر. يحدد حجم هذين الجزأين حجم عبر.
من الواضح ، في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة ، وعالي الكثافة ، يريد المصممون دائمًا أن يكون الحفرة أصغر قدر الإمكان ، بحيث يمكن ترك مساحة أكبر للأسلاك ، بالإضافة إلى ذلك ، كلما كانت السعة الطفيلية الأصغر حجماً أصغر ، أكثر ملاءمة للدوائر عالية السرعة.
ومع ذلك ، فإن تقليل الحجم عبر VIA أيضًا يجلب زيادة في التكاليف ، ولا يمكن تقليل حجم الفتحة إلى أجل غير مسمى ، فهو محدود من خلال تقنية الحفر والكهرباء: كلما كانت الثقب أصغر ، يستغرق الحفر ، كلما كان ذلك أسهل في الانحراف عن المركز ؛ عندما يكون عمق الفتحة أكثر من 6 أضعاف قطر الفتحة ، فمن المستحيل التأكد من أن جدار الثقب يمكن مطليًا بشكل موحد بالنحاس.
على سبيل المثال ، إذا كان سمك (من خلال عمق الثقب) للوحة PCB العادية المكونة من 6 طبقات 50 ميلاً ، فإن الحد الأدنى لقطر الحفر الذي يمكن أن يوفره مصنعو ثنائي الفينيل متعدد الكلور في ظل الظروف العادية فقط 8 مللين. مع تطوير تكنولوجيا الحفر بالليزر ، يمكن أن يكون حجم الحفر أصغر وأصغر أيضًا ، ويكون قطر الثقب أقل عمومًا من أو يساوي 6mils ، ويطلق علينا الثقوب الدقيقة.
غالبًا ما تستخدم الثقوب الدقيقة في تصميم HDI (بنية ربط عالية الكثافة) ، ويمكن أن تسمح تقنية الثهر الجزئي للحفر مباشرة على اللوحة ، مما يحسن أداء الدائرة بشكل كبير ويوفر مساحة الأسلاك. يظهر VIA كنقطة انقطاع عن التوقف عن المعاوقة على خط النقل ، مما تسبب في انعكاس للإشارة. بشكل عام ، تكون المقاومة المكافئة للثقب أقل بنسبة 12 ٪ عن خط النقل ، على سبيل المثال ، سيتم تقليل مقاومة خط انتقال 50 أوم بمقدار 6 أوم عندما يمر عبر الفتحة (على وجه التحديد وحجم VIA ، يرتبط سمك اللوحة أيضًا ، وليس تقليلًا مطلقًا).
ومع ذلك ، فإن الانعكاس الناجم عن التوقف عن المقاومة عبر هو في الواقع صغير جدًا ، ومعامل الانعكاس هو فقط:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
تتركز المشكلات الناشئة عن VIA أكثر على آثار السعة الطفيلية والحث.
عبر السعة الطفيلية والحث
هناك سعة طائشة طفيلية في عبر نفسها. إذا كان قطر منطقة مقاومة اللحام على الطبقة الموضوعة هو D2 ، فإن قطر لوحة اللحام هو D1 ، فإن سمك لوحة PCB هو T ، والثابت العازلة للركيزة هو ε ، السعة الطفيلية للثقب من خلال الفتحة تقريبًا:
C = 1.41εtd1/(D2-D1)
التأثير الرئيسي للسعة الطفيلية على الدائرة هو إطالة وقت ارتفاع الإشارة وتقليل سرعة الدائرة.
على سبيل المثال ، بالنسبة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور بسمك 50 ميلاً ، إذا كان قطر المسافة عبر 20 ميلًا (قطر ثقب الحفر هو 10 ملايين) وقطر منطقة مقاومة اللحام هو 40 ميلاً ، فيمكننا تقريب السعة الطفيلية للمعادلة المذكورة أعلاه:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
مقدار تغيير وقت الارتفاع الناجم عن هذا الجزء من السعة تقريبًا:
T10-90 = 2.2C (Z0/2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
يمكن أن نرى من هذه القيم أنه على الرغم من أن فائدة تأخير الارتفاع الناتج عن السعة الطفيلية لفرد واحد ليست واضحة للغاية ، إذا تم استخدام VIA عدة مرات في الخط للتبديل بين الطبقات ، سيتم استخدام ثقوب متعددة ، ويجب النظر في التصميم بعناية. في التصميم الفعلي ، يمكن تقليل السعة الطفيلية عن طريق زيادة المسافة بين الفتحة ومنطقة النحاس (مضادة للوساطة) أو تقليل قطر الوسادة.
في تصميم الدوائر الرقمية عالية السرعة ، غالبًا ما يكون الضرر الناجم عن الحث الطفيلي أكبر من تأثير السعة الطفيلية. سيضعف حث سلسلة الطفيليات مساهمة المكثف الالتفافية ويضعف فعالية التصفية لنظام الطاقة بأكمله.
يمكننا استخدام الصيغة التجريبية التالية لحساب الحث الطفيلي لتقريب الفتحة:
L = 5.08H [LN (4H/D) +1]
حيث يشير L إلى حث VIA ، H هو طول VIA ، و D هو قطر الثقب المركزي. يمكن أن نرى من الصيغة أن قطر VIA ليس له تأثير يذكر على الحث ، في حين أن طول VIA له تأثير أكبر على الحث. لا يزال يستخدم المثال أعلاه ، يمكن حساب الحث خارج الفتحة على النحو التالي:
L = 5.08x0.050 [LN (4x0.050/0.010) +1] = 1.015NH
إذا كان وقت صعود الإشارة 1NS ، فإن حجم المعاوقة المكافئ هو:
XL = πl/T10-90 = 3.19Ω
لا يمكن تجاهل مثل هذه المعاوقة في وجود تيار عالي التردد من خلال ، على وجه الخصوص ، لاحظ أن المكثف الالتفافي يحتاج إلى المرور عبر فتحتين عند توصيل طبقة الطاقة والتكوين ، بحيث يتم مضاعفة الحواف الطفيلية للثقب.
كيفية استخدام VIA؟
من خلال التحليل أعلاه للخصائص الطفيلية للثقب ، يمكننا أن نرى أنه في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة ، غالبًا ما تجلب الثقوب البسيطة تأثيرات سلبية كبيرة على تصميم الدائرة. من أجل تقليل الآثار الضارة الناجمة عن التأثير الطفيلي للثقب ، يمكن أن يكون التصميم إلى أقصى حد ممكن:
من جانبي التكلفة وجودة الإشارة ، اختر حجمًا معقولًا للحجم. إذا لزم الأمر ، يمكنك التفكير في استخدام أحجام مختلفة من VIAs ، مثل إمدادات الطاقة أو ثقوب الأسلاك الأرضية ، يمكنك التفكير في استخدام حجم أكبر لتقليل المقاومة ، ولأسلاك الإشارة ، يمكنك استخدام أصغر عبر. بالطبع ، مع انخفاض حجم VIA ، ستزداد التكلفة المقابلة أيضًا
يمكن أن يستنتج الصيغتان التي تمت مناقشتها أعلاه أن استخدام لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور أرق مفضية لتقليل المعلمات الطفيلية لـ VIA
لا ينبغي تغيير أسلاك الإشارة على لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى أقصى حد ممكن ، أي محاولة عدم استخدام VIAs غير الضرورية.
يجب حفر VIAs في دبابيس إمدادات الطاقة والأرض. كلما كان الرصاص بين الدبابيس و VIAS ، كان ذلك أفضل. يمكن حفر ثقوب متعددة بالتوازي لتقليل الحث المكافئ.
ضع بعض الثقوب على الأرض بالقرب من الثقوب التي تتغير في الإشارة لتوفير أقرب حلقة للإشارة. يمكنك حتى وضع بعض الثقوب الأرضية الزائدة على لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
بالنسبة إلى لوحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية السرعة ذات الكثافة العالية ، يمكنك التفكير في استخدام الثقوب الصغيرة.
