يعد الممر أحد المكونات المهمة لثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات، وعادةً ما تمثل تكلفة الحفر ما بين 30% إلى 40% من تكلفة لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ببساطة، يمكن تسمية كل ثقب في PCB بـ via.
المفهوم الأساسي للطريق:
من وجهة نظر الوظيفة، يمكن تقسيم الممر إلى فئتين: أحدهما يستخدم كوصلة كهربائية بين الطبقات، والآخر يستخدم كتثبيت أو تحديد موضع الجهاز. إذا كان من هذه العملية، يتم تقسيم هذه الثقوب بشكل عام إلى ثلاث فئات، وهي الثقوب العمياء، والثقوب المدفونة، والثقوب من خلال الثقوب.
توجد الثقوب العمياء على الأسطح العلوية والسفلية للوحة الدائرة المطبوعة ولها عمق معين لتوصيل الدائرة السطحية والدائرة الداخلية الموجودة أسفلها، ولا يتجاوز عمق الفتحات عادة نسبة معينة (الفتحة).
تشير الفتحة المدفونة إلى فتحة التوصيل الموجودة في الطبقة الداخلية للوحة الدائرة المطبوعة، والتي لا تمتد إلى سطح اللوحة. يوجد النوعان المذكوران أعلاه من الثقوب في الطبقة الداخلية للوحة الدائرة، والتي تكتمل بعملية قولبة الثقب قبل التصفيح، ويمكن أن تتداخل عدة طبقات داخلية أثناء تكوين الثقب.
النوع الثالث يسمى الفتحات، والتي تمر عبر لوحة الدائرة بأكملها ويمكن استخدامها لتحقيق التوصيل البيني الداخلي أو كفتحات تحديد موضع التثبيت للمكونات. نظرًا لأنه من الأسهل تحقيق الثقب في العملية والتكلفة أقل، فإن الغالبية العظمى من لوحات الدوائر المطبوعة تستخدمه، بدلاً من الاثنتين الأخريين من خلال الثقوب. تعتبر الثقوب التالية، بدون تعليمات خاصة، بمثابة ثقوب.
من وجهة نظر التصميم، يتكون الممر بشكل أساسي من جزأين، أحدهما هو منتصف ثقب الحفر، والآخر هو منطقة وسادة اللحام حول ثقب الحفر. حجم هذين الجزأين يحدد حجم عبر.
من الواضح، في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة وعالي الكثافة، يريد المصممون دائمًا أن تكون الفتحة صغيرة قدر الإمكان، بحيث يمكن ترك مساحة أكبر من الأسلاك، بالإضافة إلى ذلك، كلما كان المنفذ أصغر، كانت السعة الطفيلية الخاصة به أصغر وأكثر ملاءمة للدوائر عالية السرعة.
ومع ذلك، فإن تقليل حجم الحفرة يؤدي أيضًا إلى زيادة في التكاليف، ولا يمكن تقليل حجم الثقب إلى أجل غير مسمى، فهو مقيد بتقنية الحفر والطلاء الكهربائي: كلما كان الثقب أصغر، كلما استغرق الحفر وقتًا أطول، وأصبح أسهل هو الانحراف عن المركز؛ عندما يكون عمق الثقب أكثر من 6 أضعاف قطر الثقب، فمن المستحيل التأكد من إمكانية طلاء جدار الثقب بشكل موحد بالنحاس.
على سبيل المثال، إذا كان سمك لوحة PCB عادية مكونة من 6 طبقات (من خلال عمق الثقب) هو 50 مل، فإن الحد الأدنى لقطر الحفر الذي يمكن لمصنعي ثنائي الفينيل متعدد الكلور توفيره في الظروف العادية يمكن أن يصل إلى 8 مل فقط. مع تطور تكنولوجيا الحفر بالليزر، يمكن أيضًا أن يصبح حجم الحفر أصغر وأصغر، ويكون قطر الثقب بشكل عام أقل من أو يساوي 6Mils، ويطلق علينا اسم الثقوب الدقيقة.
غالبًا ما تستخدم الثقوب الدقيقة في تصميم HDI (هيكل التوصيل البيني عالي الكثافة)، ويمكن أن تسمح تقنية الثقوب الدقيقة بحفر الثقب مباشرة على اللوحة، مما يحسن أداء الدائرة بشكل كبير ويوفر مساحة الأسلاك. يظهر الممر كنقطة توقف لانقطاع المعاوقة على خط النقل، مما يتسبب في انعكاس الإشارة. بشكل عام، تكون الممانعة المكافئة للثقب أقل بحوالي 12% من خط النقل، على سبيل المثال، سيتم تقليل ممانعة خط نقل 50 أوم بمقدار 6 أوم عندما يمر عبر الثقب (على وجه التحديد وحجم الممر، ويرتبط سمك اللوحة أيضًا، وليس التخفيض المطلق).
ومع ذلك، فإن الانعكاس الناتج عن انقطاع المعاوقة عبر هو في الواقع صغير جدًا، ومعامل انعكاسه هو فقط:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
وتتركز المشاكل الناشئة عن طريق أكثر على آثار السعة الطفيلية والحث.
عبر السعة الطفيلية والحث
هناك سعة طائشة طفيلية في الممر نفسه. إذا كان قطر منطقة مقاومة اللحام على الطبقة الموضوعة هو D2، وقطر لوحة اللحام هو D1، وسمك لوحة PCB هو T، وثابت العزل الكهربائي للركيزة هو ε، والسعة الطفيلية للثقب من خلال هو تقريبا:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
التأثير الرئيسي للسعة الطفيلية على الدائرة هو إطالة وقت صعود الإشارة وتقليل سرعة الدائرة.
على سبيل المثال، بالنسبة لثنائي الفينيل متعدد الكلور بسمك 50 مل، إذا كان قطر اللوحة عبر 20 مل (قطر فتحة الحفر 10 مل) وقطر منطقة مقاومة اللحام 40 مل، فيمكننا تقريب السعة الطفيلية لـ عبر الصيغة أعلاه:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
مقدار التغير في وقت الصعود الناتج عن هذا الجزء من السعة هو 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 الناجم عن السعة الطفيلية لقناة واحدة ليست واضحة جدًا، إذا تم استخدام القناة عدة مرات في الخط للتبديل بين الطبقات، فسيتم استخدام ثقوب متعددة، وينبغي النظر في التصميم بعناية. في التصميم الفعلي، يمكن تقليل السعة الطفيلية عن طريق زيادة المسافة بين الفتحة ومنطقة النحاس (اللوحة المضادة) أو تقليل قطر اللوحة.
في تصميم الدوائر الرقمية عالية السرعة، غالبا ما يكون الضرر الناجم عن الحث الطفيلي أكبر من تأثير السعة الطفيلية. سوف يؤدي محاثة السلسلة الطفيلية إلى إضعاف مساهمة المكثف الالتفافي وإضعاف فعالية الترشيح لنظام الطاقة بأكمله.
يمكننا استخدام الصيغة التجريبية التالية لحساب الحث الطفيلي لتقريب الفتحة ببساطة:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
حيث يشير L إلى محاثة عبر، h هو طول عبر، و d هو قطر الثقب المركزي. يمكن أن نرى من الصيغة أن قطر القناة له تأثير ضئيل على الحث، في حين أن طول القناة له التأثير الأكبر على الحث. لا يزال باستخدام المثال أعلاه، يمكن حساب الحث خارج الثقب على النحو التالي:
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
إذا كان وقت صعود الإشارة هو 1ns، فإن حجم المعاوقة المكافئ لها هو:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
لا يمكن تجاهل مثل هذه المعاوقة في وجود تيار عالي التردد، على وجه الخصوص، لاحظ أن المكثف الالتفافي يحتاج إلى المرور عبر فتحتين عند توصيل طبقة الطاقة والتشكيل، بحيث يتم مضاعفة الحث الطفيلي للثقب.
كيفية استخدام عبر؟
من خلال التحليل أعلاه للخصائص الطفيلية للثقب، يمكننا أن نرى أنه في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة، غالبًا ما تؤدي الثقوب البسيطة إلى تأثيرات سلبية كبيرة على تصميم الدائرة. ومن أجل تقليل الآثار الضارة الناجمة عن التأثير الطفيلي للثقب، يمكن أن يكون التصميم قدر الإمكان:
من بين جانبي التكلفة وجودة الإشارة، اختر حجمًا معقولًا للحجم عبر. إذا لزم الأمر، يمكنك التفكير في استخدام أحجام مختلفة من الموصلات، مثل مصدر الطاقة أو فتحات الأسلاك الأرضية، ويمكنك التفكير في استخدام حجم أكبر لتقليل المعاوقة، وبالنسبة لأسلاك الإشارة، يمكنك استخدام منفذ أصغر. وبطبيعة الحال، مع انخفاض حجم الممر، ستزداد التكلفة المقابلة أيضًا
يمكن استنتاج الصيغتين اللتين تمت مناقشتهما أعلاه أن استخدام لوحة PCB أرق يؤدي إلى تقليل المعلمتين الطفيليتين عبر
لا ينبغي تغيير أسلاك الإشارة الموجودة على لوحة PCB قدر الإمكان، أي حاول عدم استخدام طرق غير ضرورية.
يجب حفر Vias في دبابيس مصدر الطاقة والأرض. كلما كانت المسافة بين المسامير والمنافذ أقصر، كان ذلك أفضل. يمكن حفر ثقوب متعددة بالتوازي لتقليل الحث المكافئ.
ضع بعض الفتحات المؤرضة بالقرب من فتحات تغيير الإشارة لتوفير أقرب حلقة للإشارة. يمكنك أيضًا وضع بعض الثقوب الأرضية الزائدة على لوحة PCB.
بالنسبة لألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات السرعة العالية والكثافة العالية، يمكنك التفكير في استخدام الثقوب الدقيقة.