Via er en af de vigtige komponenter i flerlags PCB, og omkostningerne ved boring tegner sig normalt for 30% til 40% af omkostningerne ved printkort. Kort sagt kan hvert hul på printkortet kaldes en via.
Det grundlæggende koncept for via:
Ud fra et funktionssynspunkt kan via'en opdeles i to kategorier: Den ene bruges som en elektrisk forbindelse mellem lagene, og den anden bruges som fiksering eller positionering af enheden. Hvis fra processen, er disse huller generelt opdelt i tre kategorier, nemlig blinde huller, nedgravede huller og gennemgående huller.
Blindhuller er placeret på top- og bundfladen af printpladen og har en vis dybde til forbindelsen af overfladekredsløbet og det indre kredsløb nedenunder, og dybden af hullerne overstiger normalt ikke et vist forhold (åbning).
Det nedgravede hul refererer til forbindelseshullet placeret i det indvendige lag af printpladen, som ikke strækker sig til overfladen af printkortet. De ovennævnte to typer huller er placeret i det indvendige lag af printpladen, som afsluttes af den gennemgående hulstøbningsprocessen før laminering, og flere indre lag kan blive overlappet under dannelsen af det gennemgående hul.
Den tredje type kaldes gennemgående huller, som går gennem hele printpladen og kan bruges til at opnå intern sammenkobling eller som installationspositioneringshuller til komponenter. Fordi det gennemgående hul er lettere at opnå i processen, og omkostningerne er lavere, bruger langt de fleste printkort det frem for de to andre gennemgående huller. De følgende huller, uden særlige instruktioner, betragtes som gennemgående huller.
Fra et designsynspunkt er en via hovedsageligt sammensat af to dele, den ene er midten af borehullet, og den anden er svejsepudeområdet omkring borehullet. Størrelsen af disse to dele bestemmer størrelsen af via.
Det er klart, at i højhastigheds-, højdensitets-printkort-design, vil designerne altid have hullet så lille som muligt, så der kan efterlades mere ledningsplads, desuden, jo mindre gennemgangen er, er dens egen parasitære kapacitans mindre, mere egnet til højhastighedskredsløb.
Reduktionen af gennemgangsstørrelsen medfører dog også en stigning i omkostningerne, og størrelsen af hullet kan ikke reduceres i det uendelige, den begrænses af bore- og galvaniseringsteknologi: Jo mindre hullet er, jo længere tid tager boringen, jo lettere er det. er at afvige fra centrum; Når hullets dybde er mere end 6 gange hullets diameter, er det umuligt at sikre, at hulvæggen kan være ensartet belagt med kobber.
For eksempel, hvis tykkelsen (gennem huldybden) af en normal 6-lags printplade er 50Mil, så kan den mindste borediameter, som PCB-producenter kan levere under normale forhold, kun nå 8Mil. Med udviklingen af laserboreteknologi kan størrelsen af boringen også blive mindre og mindre, og hullets diameter er generelt mindre end eller lig med 6Mils, vi kaldes mikrohuller.
Mikrohuller bruges ofte i HDI-design (high density interconnect structure), og mikrohulsteknologi kan tillade, at hullet bores direkte på puden, hvilket i høj grad forbedrer kredsløbets ydeevne og sparer plads til ledninger. Via'en fremstår som et brudpunkt for impedansdiskontinuitet på transmissionslinjen, hvilket forårsager en refleksion af signalet. Generelt er hullets ækvivalente impedans omkring 12 % lavere end transmissionslinjen, for eksempel vil impedansen af en 50 ohm transmissionslinje blive reduceret med 6 ohm, når den passerer gennem hullet (specifikt og størrelsen af via, pladetykkelsen er også relateret, ikke en absolut reduktion).
Refleksionen forårsaget af impedansdiskontinuiteten via er imidlertid faktisk meget lille, og dens refleksionskoefficient er kun:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemerne som følge af viaen er mere koncentreret om virkningerne af parasitisk kapacitans og induktans.
Via's parasitiske kapacitans og induktans
Der er en parasitisk omstrejfende kapacitans i selve viaen. Hvis diameteren af loddemodstandszonen på det udlagte lag er D2, er diameteren af loddepuden D1, tykkelsen af PCB-kortet er T, og substratets dielektriske konstant er ε, parasitkapacitansen af det gennemgående hul er cirka:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Hovedeffekten af den parasitære kapacitans på kredsløbet er at forlænge stigningstiden for signalet og reducere kredsløbets hastighed.
For eksempel, for et PCB med en tykkelse på 50Mil, hvis diameteren af via-puden er 20Mil (diameteren af borehullet er 10Mils) og diameteren af loddemodstandszonen er 40Mil, så kan vi tilnærme den parasitære kapacitans af via ovenstående formel:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Mængden af stigningstidsændring forårsaget af denne del af kapacitansen er groft sagt:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Det kan ses ud fra disse værdier, at selvom nytten af stigningsforsinkelsen forårsaget af den parasitære kapacitans af en enkelt via ikke er særlig indlysende, hvis viaen bruges flere gange i linjen til at skifte mellem lag, vil der blive brugt flere huller, og designet bør overvejes nøje. I selve designet kan den parasitære kapacitans reduceres ved at øge afstanden mellem hullet og kobberområdet (Anti-pad) eller reducere pudens diameter.
I design af højhastigheds digitale kredsløb er skaden forårsaget af den parasitære induktans ofte større end indflydelsen af den parasitære kapacitans. Dens parasitære serieinduktans vil svække bidraget fra bypass-kondensatoren og svække filtreringseffektiviteten af hele strømsystemet.
Vi kan bruge følgende empiriske formel til simpelthen at beregne den parasitære induktans af en tilnærmelse til et gennemgående hul:
L=5,08h[ln(4t/d)+1]
Hvor L refererer til induktansen af via, h er længden af via, og d er diameteren af det centrale hul. Det kan ses af formlen, at diameteren af via'en har ringe indflydelse på induktansen, mens længden af via'en har størst indflydelse på induktansen. Stadig ved at bruge ovenstående eksempel kan induktansen ud af hullet beregnes som:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Hvis stigningstiden for signalet er 1ns, er dets ækvivalente impedansstørrelse:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
En sådan impedans kan ikke ignoreres i nærvær af højfrekvent strøm gennem, især bemærk, at bypass-kondensatoren skal passere gennem to huller, når strømlaget og formationen forbindes, så hullets parasitære induktans vil blive multipliceret.
Hvordan bruger man via?
Gennem ovenstående analyse af hullets parasitkarakteristika kan vi se, at i højhastigheds PCB-design medfører tilsyneladende simple huller ofte store negative effekter på kredsløbets design. For at reducere de negative virkninger forårsaget af hullets parasitiske virkning kan designet så vidt muligt være:
Fra de to aspekter af omkostninger og signalkvalitet skal du vælge en rimelig størrelse på via-størrelsen. Hvis det er nødvendigt, kan du overveje at bruge forskellige størrelser af vias, såsom til strømforsyning eller jordledningshuller, du kan overveje at bruge en større størrelse for at reducere impedansen, og til signalledninger kan du bruge en mindre via. Efterhånden som størrelsen af gennemgangen falder, vil de tilsvarende omkostninger naturligvis også stige
De to formler diskuteret ovenfor kan konkluderes, at brugen af et tyndere printkort er befordrende for at reducere de to parasitære parametre for via
Signalledningerne på printkortet bør ikke ændres så vidt muligt, det vil sige, prøv ikke at bruge unødvendige vias.
Vias skal bores i stifterne på strømforsyningen og jorden. Jo kortere ledningen mellem stifterne og viaerne er, jo bedre. Flere huller kan bores parallelt for at reducere den ækvivalente induktans.
Placer nogle jordede gennemgående huller nær de gennemgående huller i signalændringen for at give den nærmeste sløjfe for signalet. Du kan endda placere nogle overskydende jordhuller på printkortet.
For højhastigheds printkort med høj tæthed kan du overveje at bruge mikrohuller.