Prelaz je jedna od važnih komponenti višeslojnih PCB-a, a trošak bušenja obično čini 30% do 40% cijene PCB ploče. Jednostavno rečeno, svaka rupa na PCB-u se može nazvati prolazom.
Osnovni koncept via:
Sa stajališta funkcije, spoj se može podijeliti u dvije kategorije: jedna se koristi kao električna veza između slojeva, a druga se koristi kao fiksiranje ili pozicioniranje uređaja. Ako se iz procesa, ove rupe općenito dijele u tri kategorije, odnosno slijepe rupe, ukopane rupe i prolazne rupe.
Slijepe rupe se nalaze na gornjoj i donjoj površini štampane ploče i imaju određenu dubinu za spajanje površinskog i unutrašnjeg kola ispod, a dubina rupa obično ne prelazi određeni odnos (otvor blende).
Zakopana rupa se odnosi na rupu za povezivanje koja se nalazi u unutrašnjem sloju štampane ploče, a koja se ne proteže do površine ploče. Gore navedene dvije vrste rupa nalaze se u unutrašnjem sloju ploče, koji se završava procesom oblikovanja kroz rupu prije laminiranja, a nekoliko unutrašnjih slojeva se može preklapati tokom formiranja prolazne rupe.
Treći tip se naziva prolazne rupe, koje prolaze kroz cijelu ploču i mogu se koristiti za postizanje internog međusobnog povezivanja ili kao rupe za postavljanje komponenti. Budući da je prolazni otvor lakše postići u procesu, a cijena je niža, velika većina tiskanih ploča koristi ga, umjesto druge dvije prolazne rupe. Sljedeće rupe, bez posebnih uputa, smatraju se prolaznim rupama.
Sa stanovišta dizajna, prolaz se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je sredina rupe za bušenje, a drugi je područje podloge za zavarivanje oko rupe za bušenje. Veličina ova dva dijela određuje veličinu via.
Očigledno, u dizajnu PCB-a velike brzine i velike gustine, dizajneri uvijek žele da rupa bude što manja, tako da se može ostaviti više prostora za ožičenje, osim toga, što je manji priključak, njegov vlastiti parazitski kapacitet je manji, prikladniji za kola velike brzine.
Međutim, smanjenje veličine otvora također dovodi do povećanja troškova, a veličina rupe se ne može smanjivati beskonačno, ograničena je tehnologijom bušenja i galvanizacije: što je manja rupa, to je duže bušenje, to je lakše. je odstupanje od centra; Kada je dubina rupe više od 6 puta veća od prečnika rupe, nemoguće je osigurati da se zid rupe ravnomjerno obloži bakrom.
Na primjer, ako je debljina (dubina rupe) normalne 6-slojne PCB ploče 50Mil, tada minimalni promjer bušenja koji proizvođači PCB-a mogu pružiti u normalnim uvjetima može doseći samo 8Mil. Sa razvojem tehnologije laserskog bušenja, veličina bušenja može biti sve manja i manja, a prečnik rupe je uglavnom manji ili jednak 6Mils, nazivamo se mikrorupama.
Mikrorupe se često koriste u dizajnu HDI (strukture međusobnog povezivanja visoke gustine), a tehnologija mikrorupa može omogućiti da se rupa izbuši direktno na podlozi, što uvelike poboljšava performanse kola i štedi prostor za ožičenje. Prelaz se pojavljuje kao granična tačka diskontinuiteta impedanse na dalekovodu, što uzrokuje refleksiju signala. Općenito, ekvivalentna impedansa rupe je oko 12% niža od dalekovoda, na primjer, impedansa prijenosnog voda od 50 oma bit će smanjena za 6 oma kada prođe kroz rupu (konkretno i veličina prolaza, debljina ploče je također povezana, a ne apsolutno smanjenje).
Međutim, refleksija uzrokovana diskontinuitetom impedanse preko je zapravo vrlo mala, a njen koeficijent refleksije je samo:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemi koji proizlaze iz via su više koncentrisani na efekte parazitnog kapaciteta i induktivnosti.
Parazitni kapacitet i induktivnost Via-a
Postoji parazitski lutajući kapacitet u samom via. Ako je prečnik zone otpora lemljenja na položenom sloju D2, prečnik jastučića za lemljenje je D1, debljina PCB ploče je T, a dielektrična konstanta podloge je ε, parazitski kapacitet prolaznog otvora je otprilike:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Glavni učinak parazitske kapacitivnosti na strujno kolo je da produži vrijeme porasta signala i smanji brzinu kola.
Na primjer, za PCB debljine 50Mil, ako je promjer jastučića 20Mil (prečnik rupe za bušenje je 10Mil) i prečnik zone otpora lemljenja je 40Mil, tada možemo aproksimirati parazitski kapacitet preko gornje formule:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Količina promjene vremena porasta uzrokovana ovim dijelom kapacitivnosti je otprilike:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
Iz ovih vrijednosti se može vidjeti da, iako korisnost kašnjenja porasta uzrokovanog parazitskom kapacitivnošću jednog prolaza nije baš očigledna, ako se otvor koristi nekoliko puta u liniji za prebacivanje između slojeva, koristit će se više rupa, a dizajn treba pažljivo razmotriti. U stvarnom dizajnu, parazitski kapacitet se može smanjiti povećanjem udaljenosti između rupe i bakrenog područja (Anti-pad) ili smanjenjem promjera jastučića.
U dizajnu digitalnih kola velike brzine, šteta uzrokovana parazitskom induktivnošću je često veća od utjecaja parazitne kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost će oslabiti doprinos premosnog kondenzatora i oslabiti efikasnost filtriranja cijelog energetskog sistema.
Možemo koristiti sljedeću empirijsku formulu da jednostavno izračunamo parazitsku induktivnost aproksimacije kroz rupu:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Gdje se L odnosi na induktivnost prolaza, h je dužina prolaza, a d je prečnik centralne rupe. Iz formule se vidi da prečnik otvora ima mali uticaj na induktivnost, dok dužina prolaza ima najveći uticaj na induktivnost. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost izvan rupe može se izračunati kao:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Ako je vrijeme porasta signala 1ns, tada je njegova ekvivalentna veličina impedanse:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
Takva impedancija se ne može zanemariti u prisustvu visokofrekventne struje kroz, posebno imajte na umu da premosni kondenzator mora proći kroz dvije rupe prilikom povezivanja sloja snage i formacije, tako da će se parazitska induktivnost rupe pomnožiti.
Kako koristiti via?
Kroz gornju analizu parazitskih karakteristika rupe, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavne rupe često donose velike negativne efekte na dizajn kola. Kako bi se smanjili štetni efekti uzrokovani parazitskim djelovanjem rupe, dizajn može biti što je moguće dalje:
Iz dva aspekta cijene i kvalitete signala, odaberite razumnu veličinu vezne veze. Ako je potrebno, možete razmisliti o korištenju različitih veličina vias-a, kao što su rupe za napajanje ili uzemljenje, možete razmotriti korištenje veće veličine za smanjenje impedancije, a za signalno ožičenje možete koristiti manji priključak. Naravno, kako se veličina prolaza smanjuje, odgovarajući trošak će se također povećati
Dve formule o kojima smo gore govorili mogu se zaključiti da upotreba tanje PCB ploče pogoduje smanjenju dva parazitska parametra veznog spoja.
Signalno ožičenje na PCB ploči ne treba mijenjati koliko god je to moguće, to jest, pokušajte da ne koristite nepotrebne prelaze.
Priključci moraju biti izbušeni u pinove napajanja i zemlju. Što je kraći vod između pinova i vijasa, to bolje. Više rupa se može izbušiti paralelno kako bi se smanjila ekvivalentna induktivnost.
Postavite neke uzemljene prolazne rupe u blizini prolaznih rupa promjene signala kako biste osigurali najbližu petlju za signal. Možete čak postaviti i neke viške rupa za uzemljenje na PCB ploči.
Za velike brzine PCB ploče visoke gustine, možete razmisliti o korištenju mikro rupa.