A via hè unu di i cumpunenti impurtanti di u PCB multi-layer, è u costu di perforazione di solitu cuntene 30% à 40% di u costu di u PCB. Simply put, ogni burato nantu à u PCB pò esse chjamatu via.
U cuncettu basi di via:
Da u puntu di vista di u funziunamentu, a via pò esse divisa in dui categurie: unu hè utilizatu cum'è una cunnessione elettrica trà i strati, è l'altru hè usatu cum'è una fissazione o pusizioni di u dispusitivu. Se da u prucessu, sti buchi sò generalmente divisu in trè categurie, à dì i buchi cechi, i buchi intarrati è i buchi attraversu.
I buchi cecchi sò situati nantu à a superficia superiore è in fondu di u circuitu stampatu è anu una certa prufundità per a cunnessione di u circuitu di a superficia è u circuitu internu sottu, è a prufundità di i buchi di solitu ùn supera micca un certu rapportu (apertura).
U pirtusu intarratu si riferisce à u pirtusu di cunnessione situatu in a capa interna di u circuitu stampatu, chì ùn si estende micca à a superficia di u bordu. I dui tipi di buchi sopra sò situati in a strata interna di u circuitu, chì hè cumpletata da u prucessu di mudificazione di u foru prima di a laminazione, è parechji strati interni ponu esse sovrapposti durante a furmazione di u foru.
U terzu tipu hè chjamatu through-holes, chì passanu per tuttu u circuitu di circuitu è pò esse usatu per ottene l'interconnessione interna o cum'è i buchi di pusizioni d'installazione per i cumpunenti. Perchè u foru passante hè più faciule da ottene in u prucessu è u costu hè più bassu, a vasta maiuranza di i circuiti stampati l'utilizanu, piuttostu cà l'altri dui fori attraversu. I buchi seguenti, senza struzzioni spiciali, sò cunsiderati cum'è fori passanti.
Da un puntu di vista di disignu, una via hè principalmente cumpostu di dui parti, unu hè a mità di u pirtusu drilling, è l 'altru hè a zona pad saldatura attornu à u pirtusu drilling. A dimensione di sti dui parti determina a dimensione di via.
Ovviamente, in u disignu di PCB d'alta velocità è d'alta densità, i diseggiani volenu sempre u pirtusu u più chjucu pussibule, perchè più spaziu di cablaggio pò esse lasciatu, in più, u più chjucu u via, a so propria capacità parasita hè più chjuca, più adatta. per i circuiti à alta velocità.
In ogni casu, a riduzzione di a dimensione di via porta ancu un aumentu di i costi, è a dimensione di u foru ùn pò micca esse ridutta indefinitu, hè limitata da a tecnulugia di perforazione è galvanica: u più chjucu u burato, u più longu u drilling dura, u più faciule hè. hè di svià da u centru; Quandu a prufundità di u pirtusu hè più di 6 volte u diametru di u pirtusu, hè impussibile di assicurà chì u muru di u pirtusu pò esse uniformi di ramu.
Per esempiu, se u spessore (attraversu a prufundità di u foru) di una scheda PCB normale di 6 strati hè 50Mil, allora u diametru minimu di perforazione chì i pruduttori di PCB ponu furnisce in cundizioni normali pò ghjunghje solu à 8Mil. Cù u sviluppu di a tecnulugia di perforazione laser, a dimensione di a perforazione pò ancu esse più chjuca è più chjuca, è u diamitru di u pirtusu hè generalmente menu o uguale à 6Mils, simu chjamati microholes.
I microhole sò spessu usati in u disignu HDI (struttura di interconnessione d'alta densità), è a tecnulugia di microhole pò permette chì u foru sia direttamente perforatu nantu à u pad, chì migliurà assai u rendiment di u circuitu è salva u spaziu di cablaggio. A via appare cum'è un puntu di rupture di discontinuità di impedenza nantu à a linea di trasmissione, pruvucannu una riflessione di u signale. In generale, l'impedenza equivalente di u pirtusu hè di circa 12% più bassu di a linea di trasmissione, per esempiu, l'impedenza di una linea di trasmissione di 50 ohms serà ridutta da 6 ohms quandu passa per u burato (specificamente è a dimensione di a via, u spessore di a piastra hè ancu ligata, micca una riduzione assoluta).
Tuttavia, a riflessione causata da a discontinuità di l'impedenza via hè in realtà assai chjuca, è u so coefficient di riflessione hè solu:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
I prublemi chì nascenu da a via sò più cuncintrati nantu à l'effetti di a capacità parasita è inductance.
Capacità Parassita di Via è Induttanza
Ci hè una capacità parassita parassita in a via stessa. Se u diametru di a zona di resistenza di saldatura nantu à a strata posata hè D2, u diametru di u pad di saldatura hè D1, u spessore di a scheda PCB hè T, è a constante dielettrica di u sustrato hè ε, a capacità parassita di u foru passante. hè circa:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
L'effettu principale di a capacità parasitica nantu à u circuitu hè di allargà u tempu di crescita di u signale è di riduce a velocità di u circuitu.
Per esempiu, per un PCB cù un spessore di 50Mil, se u diametru di u pad via hè 20Mil (u diametru di u foru di perforazione hè 10Mil) è u diametru di a zona di resistenza di saldatura hè 40Mil, allora pudemu approssimativamente a capacità parasitica di u via da a formula sopra:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
A quantità di cambiamentu di u tempu di crescita causata da sta parte di a capacità hè apprussimatamente:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
Si pò esse vistu da sti valori chì ancu s'è l 'utilità di u ritardu di risalita causatu da a capacità parassita di una sola via ùn hè micca assai evidenti, se u via hè utilizatu parechje volte in a linea per cambià trà strati, i buchi multipli seranu utilizati. è u disignu deve esse cunsideratu currettamente. In u disignu propiu, a capacità parasitica pò esse ridutta aumentendu a distanza trà u pirtusu è l'area di cobre (Anti-pad) o riducendu u diametru di u pad.
In u disignu di circuiti digitale d'alta veloce, u dannu causatu da l'induttanza parasita hè spessu più grande di l'influenza di a capacità parasita. A so induttanza di serie parassita debilitarà a cuntribuzione di u condensatore di bypass è debilitarà l'efficacità di filtrazione di tuttu u sistema di putere.
Pudemu aduprà a seguente formula empirica per calculà simpricimenti l'induttanza parassita di una approssimazione di u foru:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
Induve L si riferisce à l'induttanza di via, h hè a lunghezza di via, è d hè u diametru di u pirtusu cintrali. Pò esse vistu da a formula chì u diametru di a via hà pocu influenza nantu à l'induttanza, mentre chì a durata di a via hà a più grande influenza nantu à l'induttanza. Sempre aduprendu l'esempiu di sopra, l'induttanza fora di u foru pò esse calculata cum'è:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Se u tempu di salita di u signale hè 1ns, allora a so dimensione di impedenza equivalente hè:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Tali impedenza ùn pò esse ignorata in a prisenza di currenti d'alta freccia à traversu, in particulare, nutate chì u condensatore di bypass deve passà per dui buchi quandu culliganu a capa di putenza è a furmazione, cusì chì l'induttanza parasita di u pirtusu serà multiplicata.
Cumu aduprà a via?
Per mezu di l'analisi di sopra di e caratteristiche parasitiche di u pirtusu, pudemu vede chì in u disignu di PCB d'alta velocità, i buchi apparentemente simplici spessu portanu grandi effetti negativi à u disignu di u circuitu. Per riduce l'effetti avversi causati da l'effettu parasitariu di u pirtusu, u disignu pò esse quantu pussibule:
Da i dui aspetti di u costu è a qualità di u signale, sceglite una dimensione raghjone di a dimensione di via. In casu di necessariu, pudete cunsiderà aduprà diverse dimensioni di vias, cum'è per l'alimentazione elettrica o fori di filu di terra, pudete cunsiderà aduprà una dimensione più grande per riduce l'impedenza, è per u filatu di signale, pudete aduprà una via più chjuca. Di sicuru, cum'è a dimensione di a via diminuisce, u costu currispundente hà ancu cresce
E duie formule discussate sopra ponu esse cunclusu chì l'usu di una scheda PCB più fina hè favurevule à riduce i dui paràmetri parassiti di a via.
U filatu di signale nantu à u PCB ùn deve esse cambiatu quantu pussibule, vale à dì, pruvate micca di utilizà vias innecessarii.
Vias deve esse drilled in i pins di lu putiri è a terra. U più cortu u piombu trà i pins è i vias, u megliu. Fori multipli ponu esse perforati in parallelu per riduce l'induttanza equivalente.
Pone alcuni fori passanti in terra vicinu à i fori passanti di u cambiamentu di signale per furnisce u ciclu più vicinu per u signale. Pudete ancu mette un pocu di buchi di terra eccessivu nantu à a scheda PCB.
Per schede PCB d'alta velocità cù alta densità, pudete cunsiderà aduprà micro-buchi.