Via je jednou z důležitých složek vícevrstvé PCB a náklady na vrtání obvykle představují 30% až 40% nákladů na desku PCB. Jednoduše řečeno, každou díru na PCB lze nazvat A Via.
Základní koncept Via:
Z pohledu funkce lze Via rozdělit do dvou kategorií: jedna se používá jako elektrické spojení mezi vrstvami a druhý se používá jako fixování nebo umístění zařízení. Pokud jsou z procesu, jsou tyto díry obecně rozděleny do tří kategorií, jmenovitě slepých děr, pohřbených děr a otvory.
Slepé otvory jsou umístěny na horních a dolních površích desky s obvodem a mají určitou hloubku pro připojení povrchového obvodu a vnitřního obvodu dole a hloubka otvorů obvykle nepřesahuje určitý poměr (clona).
Pohřbená díra odkazuje na připojovací díru umístěnou ve vnitřní vrstvě desky s obvodem, která se nevztahuje na povrch desky. Výše uvedené dva typy otvorů jsou umístěny ve vnitřní vrstvě desky obvodu, která je dokončena procesem formování otvorů před laminováním, a několik vnitřních vrstev může být během tvorby otvoru překrýváno.
Třetí typ se nazývá skrz holy, které procházejí celou deskou obvodu a lze jej použít k dosažení vnitřního propojení nebo jako instalační polohovací díry pro komponenty. Protože je v procesu snazší dosáhnout otvoru skrz díra a náklady jsou nižší, používá ji drtivá většina tištěných desek obvodů, spíše než ostatní dvě skrz otvory. Následující díry bez zvláštních pokynů jsou považovány za díry.
Z hlediska designu je A Via složen hlavně ze dvou částí, jeden je středem vrtací díry a druhá je oblast svařovací podložky kolem vrtací díry. Velikost těchto dvou částí určuje velikost Via.
Je zřejmé, že při vysokorychlostním designu PCB s vysokou hustotou designéři vždy chtějí díru co nejmenší, aby bylo možné ponechat více kabelového prostoru, čím menší je Via, jeho vlastní parazitní kapacita je menší, vhodnější pro vysokorychlostní obvody.
Snížení velikosti Via však také přináší zvýšení nákladů a velikost díry nelze zmenšit na neurčito, je omezena vrtáním a elektro -vylepšováním technologií: čím menší otvor, tím déle se vrtání trvá, tím snazší je odchýlit se od středu; Pokud je hloubka otvoru více než 6krát větší průměr díry, není možné zajistit, aby stěna díry mohla být rovnoměrně nakloněna mědi.
Například, pokud je tloušťka (hloubka otvoru) normální 6-vrstvé desky PCB 50 mil, pak minimální průměr vrtání, který mohou výrobci PCB poskytnout za normálních podmínek, může dosáhnout pouze 8 mil. Při vývoji technologie laserového vrtání může být velikost vrtání také menší a menší a průměr otvoru je obecně menší nebo roven 6 mil, nazýváme se mikrohole.
Mikrohoře se často používají v designu HDI (Struktura propojení s vysokou hustotou) a technologie mikrohole může umožnit přímo vyvrtat díru na podložce, což výrazně zlepšuje výkon obvodu a šetří prostor zapojení. Via se jeví jako bod přerušení impedance diskontinuity na přenosovém vedení, což způsobuje odraz signálu. Obecně je ekvivalentní impedance díry asi o 12% nižší než přenosová linka, například impedance přenosové linky 50 ohmů bude snížena o 6 ohmů, když prochází otvorem (konkrétně a velikost via, tloušťka desky je také spojena, nikoli absolutní redukci).
Odraz způsobený diskontinuitou impedance Via je však ve skutečnosti velmi malý a jeho koeficient odrazu je pouze: pouze:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problémy vyplývající z VIA jsou více soustředěny na účinky parazitické kapacitance a indukčnosti.
Via's Parazitic Capacitance and Inductance
V samotném Via je parazitická toulavá kapacita. Pokud je průměr zóny odporu pájky na položené vrstvě D2, průměr pájecí podložky je D1, tloušťka desky PCB je T a dielektrická konstanta substrátu je ε, parazitická kapacita v průběhu otvoru je přibližně: přibližně: přibližně:
C = 1,41εtd1/(D2-D1)
Hlavním účinkem parazitické kapacity na obvod je prodloužit dobu nárůstu signálu a snížit rychlost obvodu.
Například pro PCB s tloušťkou 50 mil, pokud je průměr via via pad 20mil (průměr vrtného otvoru je 10 mil) a průměr zóny odporu pájky je 40 mil, pak můžeme přiblížit parazitickou kapacitu kapacitaci Via výše uvedeným vzorcem:
C = 1,41x4,4x0,050x0.020/(0,040-0,020) = 0,31 pf
Množství změny doby nárůstu způsobené touto částí kapacity je zhruba:
T10-90 = 2,2c (z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Z těchto hodnot je vidět, že ačkoliv užitečnost zpoždění vzestupu způsobené parazitickou kapacitou jediného Via není příliš zřejmé, pokud se Via používá několikrát v linii pro přepínání mezi vrstvami, bude použito více otvorů a návrh by měl být pečlivě zvážen. Ve skutečném designu může být parazitická kapacita snížena zvýšením vzdálenosti mezi otvorem a měděnou oblastí (anti-PAD) nebo snížením průměru podložky.
Při navrhování vysokorychlostních digitálních obvodů je poškození způsobené parazitickou indukcí často větší než vliv parazitické kapacitance. Indukčnost její parazitické řady oslabí příspěvek kondenzátoru bypassu a oslabí účinnost filtrování celého energetického systému.
Můžeme použít následující empirický vzorec pro jednoduše vypočítat parazitickou indukčnost aproximace proklouzků:
L = 5,08H [ln (4H/D) +1]
Tam, kde L odkazuje na indukčnost Via, je H délka via a D je průměr centrální díry. Z vzorce je vidět, že průměr VIA má malý vliv na indukčnost, zatímco délka VIA má největší vliv na indukčnost. Stále pomocí výše uvedeného příkladu lze vypočítat indukčnost mimo díru jako:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) +1] = 1,015nh
Pokud je doba nárůstu signálu 1ns, pak je jeho ekvivalentní velikost impedance:
XL = πl/T10-90 = 3,19Ω
Takovou impedanci nelze ignorovat v přítomnosti vysokofrekvenčního proudu, zejména všimněte si, že obtokový kondenzátor musí při připojení výkonové vrstvy a tvorby projít dvěma otvory, takže bude vynásobena parazitická indukčnost díry.
Jak používat Via?
Prostřednictvím výše uvedené analýzy parazitických charakteristik díry můžeme vidět, že při vysokorychlostním designu PCB přinášejí zdánlivě jednoduché díry často k návrhu obvodu velké negativní efekty. Aby se snížilo nepříznivé účinky způsobené parazitickým účinkem díry, může být konstrukce co nejvíce:
Ze dvou aspektů kvality nákladů a signálu vyberte přiměřenou velikost velikosti Via. V případě potřeby můžete zvážit použití různých velikostí průchodů, například pro napájení nebo otvory pro zemnící dráty, můžete zvážit použití větší velikosti ke snížení impedance a pro zapojení signálu můžete použít menší přes. Samozřejmě, jak se velikost via zmenšuje, odpovídající náklady se také zvýší
Dvě výše diskutované vzorce lze dospět k závěru, že použití tenčí desky PCB přispívá ke snižování dvou parazitických parametrů via
Zapojení signálu na desce PCB by se nemělo měnit co nejvíce, to znamená, že se nesmíte nepoužívat zbytečné průchodky.
Vias musí být vrtán do kolíků napájení a země. Čím kratší vedení mezi kolíky a průchody, tím lepší. K snížení ekvivalentní indukčnosti může být paralelně vyvrtáno více děr.
Umístěte několik uzemněných otvorů poblíž proklouzů změny signálu, abyste poskytli nejbližší smyčku signálu. Na desce PCB můžete dokonce umístit nějaké přebytečné pozemní díry.
U vysokorychlostních desek PCB s vysokou hustotou můžete zvážit použití mikročinek.