Преходният отвор е един от важните компоненти на многослойната печатна платка и цената на пробиването обикновено възлиза на 30% до 40% от цената на печатната платка. Просто казано, всяка дупка на печатната платка може да се нарече преход.
Основната концепция на виата:
От гледна точка на функцията преходните отвори могат да бъдат разделени на две категории: едната се използва като електрическа връзка между слоевете, а другата се използва като фиксиране или позициониране на устройството. Ако от процеса, тези дупки обикновено се разделят на три категории, а именно слепи дупки, заровени дупки и проходни дупки.
Слепите отвори са разположени на горната и долната повърхност на печатната платка и имат определена дълбочина за свързване на повърхностната верига и вътрешната верига отдолу, като дълбочината на отворите обикновено не надвишава определено съотношение (апертура).
Заровеният отвор се отнася до отвора за свързване, разположен във вътрешния слой на печатната платка, който не се простира до повърхността на платката. Горните два типа дупки са разположени във вътрешния слой на печатната платка, който е завършен чрез процеса на формоване на проходния отвор преди ламиниране, и няколко вътрешни слоя могат да бъдат припокрити по време на формирането на проходния отвор.
Третият тип се нарича проходни отвори, които минават през цялата печатна платка и могат да се използват за постигане на вътрешно свързване или като монтажни позициониращи отвори за компоненти. Тъй като проходният отвор е по-лесен за постигане в процеса и цената е по-ниска, по-голямата част от печатните платки го използват вместо другите два проходни отвора. Следните отвори, без специални инструкции, се считат за проходни отвори.
От гледна точка на дизайна отворът се състои главно от две части, едната е средата на пробития отвор, а другата е зоната на заваръчната подложка около пробития отвор. Размерът на тези две части определя размера на отвора.
Очевидно, при високоскоростен дизайн на печатни платки с висока плътност, дизайнерите винаги искат дупката да е възможно най-малка, така че да може да се остави повече пространство за окабеляване, освен това, колкото по-малък е отворът, собственият му паразитен капацитет е по-малък, по-подходящ за високоскоростни вериги.
Намаляването на размера на отвора обаче също води до увеличаване на разходите, а размерът на отвора не може да бъде намаляван безкрайно, той е ограничен от технологията за пробиване и галванопластика: колкото по-малък е отворът, толкова по-дълго отнема пробиването, толкова по-лесно е е да се отклони от центъра; Когато дълбочината на отвора е повече от 6 пъти диаметъра на отвора, е невъзможно да се гарантира, че стената на отвора може да бъде равномерно покрита с мед.
Например, ако дебелината (дълбочината на отвора) на нормална 6-слойна PCB платка е 50 Mil, тогава минималният диаметър на пробиване, който производителите на PCB могат да осигурят при нормални условия, може да достигне само 8 Mil. С развитието на технологията за лазерно пробиване размерът на пробиването също може да бъде по-малък и по-малък, а диаметърът на отвора обикновено е по-малък или равен на 6Mils, ние се наричаме микродупки.
Микроотворите често се използват в дизайна на HDI (структура за свързване с висока плътност), а технологията на микроотворите може да позволи отворът да бъде директно пробит върху подложката, което значително подобрява производителността на веригата и спестява място за окабеляване. Преходният отвор се появява като точка на прекъсване на импеданса на преносната линия, което води до отражение на сигнала. Като цяло, еквивалентният импеданс на отвора е с около 12% по-нисък от преносната линия, например, импедансът на 50 ома преносна линия ще бъде намален с 6 ома, когато преминава през отвора (по-специално и размера на отвора, дебелината на плочата също е свързана, а не абсолютно намаление).
Въпреки това, отражението, причинено от прекъсването на импеданса чрез, всъщност е много малко и неговият коефициент на отражение е само:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Проблемите, произтичащи от преходния канал, са по-концентрирани върху ефектите на паразитния капацитет и индуктивност.
Паразитен капацитет и индуктивност на Via
В самия отвор има паразитен паразитен капацитет. Ако диаметърът на зоната на съпротивление на спойка върху положения слой е D2, диаметърът на подложката за запояване е D1, дебелината на печатната платка е T, а диелектричната константа на субстрата е ε, паразитният капацитет на проходния отвор е приблизително:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
Основният ефект на паразитния капацитет върху веригата е да удължи времето на нарастване на сигнала и да намали скоростта на веригата.
Например, за печатна платка с дебелина 50 Mil, ако диаметърът на подложката е 20 Mil (диаметърът на пробития отвор е 10 Mil) и диаметърът на зоната на съпротивление на спойка е 40 Mil, тогава можем да изчислим приблизително паразитния капацитет на чрез горната формула:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
Размерът на промяната във времето на нарастване, причинена от тази част от капацитета, е приблизително:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
Може да се види от тези стойности, че въпреки че ползата от забавянето на нарастването, причинено от паразитния капацитет на един отвор, не е много очевидна, ако отворът се използва няколко пъти в линията за превключване между слоевете, ще бъдат използвани множество дупки, и дизайнът трябва да бъде внимателно обмислен. В действителния дизайн, паразитният капацитет може да бъде намален чрез увеличаване на разстоянието между отвора и медната зона (анти-подложка) или чрез намаляване на диаметъра на подложката.
При проектирането на високоскоростни цифрови схеми вредата, причинена от паразитната индуктивност, често е по-голяма от влиянието на паразитния капацитет. Неговата паразитна последователна индуктивност ще отслаби приноса на байпасния кондензатор и ще отслаби ефективността на филтриране на цялата енергийна система.
Можем да използваме следната емпирична формула, за да изчислим просто паразитната индуктивност на приближение през дупка:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
Където L се отнася за индуктивността на отвора, h е дължината на отвора, а d е диаметърът на централния отвор. От формулата може да се види, че диаметърът на отвора има малко влияние върху индуктивността, докато дължината на отвора има най-голямо влияние върху индуктивността. Все още използвайки горния пример, индуктивността извън отвора може да се изчисли като:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Ако времето за нарастване на сигнала е 1ns, тогава неговият еквивалентен импеданс е:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
Такъв импеданс не може да бъде пренебрегнат при наличието на високочестотен ток през, по-специално имайте предвид, че байпасният кондензатор трябва да премине през два отвора при свързване на силовия слой и формацията, така че паразитната индуктивност на отвора да бъде умножена.
Как да използвате via?
Чрез горния анализ на паразитните характеристики на дупката можем да видим, че при високоскоростния дизайн на печатни платки, привидно прости дупки често носят големи отрицателни ефекти върху дизайна на веригата. За да се намалят неблагоприятните ефекти, причинени от паразитния ефект на дупката, дизайнът може да бъде, доколкото е възможно:
От двата аспекта на цената и качеството на сигнала изберете разумен размер на размера на отвора. Ако е необходимо, можете да обмислите използването на различни размери на отвори, като например за захранване или отвори за заземяване, можете да обмислите използването на по-голям размер, за да намалите импеданса, а за окабеляване на сигнала можете да използвате по-малък проход. Разбира се, тъй като размерът на отвора намалява, съответните разходи също ще се увеличат
Двете формули, обсъдени по-горе, могат да заключат, че използването на по-тънка печатна платка е благоприятно за намаляване на двата паразитни параметъра на прехода
Сигналното окабеляване на печатната платка не трябва да се променя, доколкото е възможно, т.е. опитайте се да не използвате ненужни преходни отвори.
Входните отвори трябва да бъдат пробити в щифтовете на захранването и масата. Колкото по-къс е проводникът между щифтовете и отворите, толкова по-добре. Множество дупки могат да бъдат пробити паралелно, за да се намали еквивалентната индуктивност.
Поставете няколко заземени проходни отвори близо до проходните отвори на промяната на сигнала, за да осигурите най-близката верига за сигнала. Можете дори да поставите някои излишни заземени дупки върху печатната платка.
За високоскоростни печатни платки с висока плътност можете да обмислите използването на микродупки.