La via és un dels components importants del PCB multicapa, i el cost de la perforació sol representar entre el 30% i el 40% del cost de la placa PCB. En poques paraules, cada forat del PCB es pot anomenar via.
El concepte bàsic de la via:
Des del punt de vista de la funció, la via es pot dividir en dues categories: una s'utilitza com a connexió elèctrica entre les capes, i l'altra s'utilitza com a fixació o posicionament del dispositiu. Si del procés, aquests forats es divideixen generalment en tres categories, és a dir, forats cecs, forats enterrats i forats passant.
Els forats cecs es troben a les superfícies superior i inferior de la placa de circuit imprès i tenen una certa profunditat per a la connexió del circuit de superfície i el circuit interior de sota, i la profunditat dels forats normalment no supera una determinada proporció (obertura).
El forat enterrat es refereix al forat de connexió situat a la capa interior de la placa de circuit imprès, que no s'estén a la superfície de la placa. Els dos tipus de forats anteriors es troben a la capa interior de la placa de circuit, que es completa amb el procés d'emmotllament del forat passant abans de la laminació, i es poden solapar diverses capes interiors durant la formació del forat.
El tercer tipus s'anomena forats de pas, que travessen tota la placa de circuit i es poden utilitzar per aconseguir la interconnexió interna o com a forats de posicionament d'instal·lació per als components. Com que el forat de pas és més fàcil d'aconseguir en el procés i el cost és més baix, la gran majoria de plaques de circuit imprès l'utilitzen, en lloc dels altres dos forats de pas. Els forats següents, sense instruccions especials, es consideren forats passants.
Des del punt de vista del disseny, una via es compon principalment de dues parts, una és el centre del forat de perforació i l'altra és la zona del coixinet de soldadura al voltant del forat de perforació. La mida d'aquestes dues parts determina la mida de la via.
Òbviament, en el disseny de PCB d'alta velocitat i alta densitat, els dissenyadors sempre volen que el forat sigui el més petit possible, de manera que es pugui deixar més espai de cablejat, a més, com més petit sigui el pas, la seva pròpia capacitat paràsit és més petita, més adequada. per a circuits d'alta velocitat.
Tanmateix, la reducció de la mida de la via també comporta un augment dels costos, i la mida del forat no es pot reduir indefinidament, està limitada per la tecnologia de perforació i galvanoplastia: com més petit és el forat, més temps triga la perforació, més fàcil és. és desviar-se del centre; Quan la profunditat del forat és superior a 6 vegades el diàmetre del forat, és impossible assegurar-se que la paret del forat es pugui revestir uniformement amb coure.
Per exemple, si el gruix (a través de la profunditat del forat) d'una placa de PCB normal de 6 capes és de 50 mil, el diàmetre de perforació mínim que els fabricants de PCB poden proporcionar en condicions normals només pot arribar als 8 mil. Amb el desenvolupament de la tecnologia de perforació làser, la mida de la perforació també pot ser cada cop més petita, i el diàmetre del forat és generalment inferior o igual a 6 mils, ens diem microforats.
Els microforats s'utilitzen sovint en el disseny de HDI (estructura d'interconnexió d'alta densitat) i la tecnologia de microforats pot permetre que el forat es perfori directament al coixinet, la qual cosa millora molt el rendiment del circuit i estalvia l'espai de cablejat. La via apareix com un punt de ruptura de discontinuïtat d'impedància a la línia de transmissió, provocant un reflex del senyal. En general, la impedància equivalent del forat és aproximadament un 12% més baixa que la línia de transmissió, per exemple, la impedància d'una línia de transmissió de 50 ohms es reduirà en 6 ohms quan passa pel forat (específicament i la mida de la via, el gruix de la placa també està relacionat, no una reducció absoluta).
Tanmateix, la reflexió causada per la discontinuïtat de la impedància és en realitat molt petita i el seu coeficient de reflexió és només:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Els problemes derivats de la via estan més concentrats en els efectes de la capacitat i la inductància paràsits.
Capacitat i inductància paràsits de Via
Hi ha una capacitat periòdica parasitària a la mateixa via. Si el diàmetre de la zona de resistència de la soldadura a la capa col·locada és D2, el diàmetre del coixinet de soldadura és D1, el gruix de la placa PCB és T i la constant dielèctrica del substrat és ε, la capacitat parasitària del forat passant és aproximadament:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
L'efecte principal de la capacitat parasitària al circuit és allargar el temps de pujada del senyal i reduir la velocitat del circuit.
Per exemple, per a un PCB amb un gruix de 50 mil, si el diàmetre del coixinet de via és de 20 mil (el diàmetre del forat de perforació és de 10 mil) i el diàmetre de la zona de resistència de la soldadura és de 40 mil, llavors podem aproximar la capacitat paràsit de la via per la fórmula anterior:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
La quantitat de canvi de temps de pujada causat per aquesta part de la capacitat és aproximadament:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Es pot veure a partir d'aquests valors que, tot i que la utilitat del retard de pujada causat per la capacitat parasitària d'una única via no és molt òbvia, si la via s'utilitza diverses vegades a la línia per canviar entre capes, s'utilitzaran múltiples forats, i el disseny s'ha de considerar acuradament. En el disseny real, la capacitat parasitària es pot reduir augmentant la distància entre el forat i la zona de coure (Anti-coixinet) o reduint el diàmetre del coixinet.
En el disseny de circuits digitals d'alta velocitat, el dany causat per la inductància parasitària sovint és més gran que la influència de la capacitat parasitària. La seva inductància en sèrie parasitària debilitarà la contribució del condensador de derivació i debilitarà l'eficàcia de filtratge de tot el sistema d'alimentació.
Podem utilitzar la fórmula empírica següent per calcular simplement la inductància parasitària d'una aproximació de forat passant:
L=5,08 h[ln(4h/d)+1]
On L es refereix a la inductància de via, h és la longitud de via i d és el diàmetre del forat central. Es pot veure a partir de la fórmula que el diàmetre de la via té poca influència en la inductància, mentre que la longitud de la via té la major influència sobre la inductància. Encara utilitzant l'exemple anterior, la inductància fora del forat es pot calcular com:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Si el temps de pujada del senyal és 1ns, aleshores la seva mida d'impedància equivalent és:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Aquesta impedància no es pot ignorar en presència de corrent d'alta freqüència a través, en particular, tingueu en compte que el condensador de bypass ha de passar per dos forats quan es connecta la capa de potència i la formació, de manera que es multiplicarà la inductància parasitària del forat.
Com utilitzar la via?
Mitjançant l'anàlisi anterior de les característiques paràsites del forat, podem veure que en el disseny de PCB d'alta velocitat, els forats aparentment simples sovint aporten grans efectes negatius al disseny del circuit. Per tal de reduir els efectes adversos causats per l'efecte paràsit del forat, el disseny pot ser tant com sigui possible:
Des dels dos aspectes de cost i qualitat del senyal, trieu una mida raonable de la mida de la via. Si cal, podeu considerar l'ús de diferents mides de vies, com per a la font d'alimentació o els forats del cable de terra, podeu considerar utilitzar una mida més gran per reduir la impedància i, per al cablejat del senyal, podeu utilitzar una via més petita. Per descomptat, a mesura que la mida de la via disminueixi, també augmentarà el cost corresponent
Les dues fórmules comentades anteriorment es poden concloure que l'ús d'una placa de PCB més prima és propici per reduir els dos paràmetres paràsits de la via.
El cablejat del senyal de la placa PCB no s'ha de canviar tant com sigui possible, és a dir, intenteu no utilitzar vies innecessàries.
Les vies s'han de perforar als pins de la font d'alimentació i a terra. Com més curt sigui el cable entre els pins i les vies, millor. Es poden perforar múltiples forats en paral·lel per reduir la inductància equivalent.
Col·loqueu alguns forats de pas a terra a prop dels forats de pas del canvi de senyal per proporcionar el bucle més proper per al senyal. Fins i tot podeu col·locar alguns forats de terra en excés a la placa PCB.
Per a plaques de PCB d'alta velocitat amb alta densitat, podeu considerar l'ús de micro-forats.