VIA er en af de vigtige komponenter i flerlags PCB, og omkostningerne ved boring tegner sig normalt for 30% til 40% af omkostningerne ved PCB-kort. Kort sagt, hvert hul på PCB kan kaldes en via.
Det grundlæggende koncept af Via:
Fra funktionens synspunkt kan Via opdeles i to kategorier: den ene bruges som en elektrisk forbindelse mellem lagene, og den anden bruges som en fastgørelse eller placering af enheden. Hvis disse huller fra processen generelt er opdelt i tre kategorier, nemlig blinde huller, begravede huller og gennem huller.
Blinde huller er placeret på øverste og nederste overflader på det trykte kredsløbskort og har en bestemt dybde til forbindelsen af overfladekredsløbet og det indre kredsløb nedenfor, og dybden af hullerne overstiger normalt ikke et bestemt forhold (blænde).
Det begravede hul henviser til forbindelseshullet placeret i det indre lag af det trykte kredsløbskort, som ikke strækker sig til overfladen af brættet. Ovenstående to typer huller er placeret i det indre lag af kredsløbskortet, som er afsluttet med gennemgående hulstøbningsprocessen før laminering, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen af gennemhullet.
Den tredje type kaldes gennem huller, der passerer gennem hele kredsløbskortet og kan bruges til at opnå intern sammenkobling eller som installationspositioneringshuller for komponenter. Fordi det gennemgående hul er lettere at opnå i processen, og omkostningerne er lavere, bruger langt de fleste trykte kredsløbskort det snarere end de to andre gennem huller. Følgende huller uden særlige instruktioner betragtes som gennem huller.
Fra et designsynspunkt består en Via hovedsageligt af to dele, den ene er midt i borepladsen, og det andet er svejsepudeområdet omkring borepladsen. Størrelsen på disse to dele bestemmer størrelsen på VIA.
Naturligvis, i højhastigheds-pcb-design med høj densitet, ønsker designerne naturligvis altid hullet så lille som muligt, så der desuden kan efterlades mere ledningsrum, desto mindre er det mindre parasitisk kapacitet mindre, mere egnet til højhastighedskredsløb.
Imidlertid medfører reduktionen af Via -størrelsen også en stigning i omkostningerne, og størrelsen på hullet kan ikke reduceres på ubestemt tid, det er begrænset af boring og elektropletteringsteknologi: jo mindre hul, jo længere er boringen, jo lettere er det at afvige fra midten; Når dybden af hullet er mere end 6 gange hulens diameter, er det umuligt at sikre, at hulvæggen kan være ensartet udpladet med kobber.
For eksempel, hvis tykkelsen (gennem huldybde) af et normalt 6-lags PCB-kort er 50mil, kan den minimale borediameter, som PCB-producenter kan give under normale forhold, kun nå 8mil. Med udviklingen af laserboreteknologi kan boringen også være mindre og mindre, og hulets diameter er generelt mindre end eller lig med 6mil, vi kaldes mikrohuller.
Mikrohuller bruges ofte i HDI (høj densitet sammenkoblingsstruktur) design, og mikrohulsteknologi kan give hullet mulighed for at bores direkte på puden, hvilket forbedrer kredsløbets ydelse og sparer ledningsrummet. Via vises som et breakpoint af impedans -diskontinuitet på transmissionslinjen, hvilket forårsager en afspejling af signalet. Generelt er den ækvivalente impedans af hullet ca. 12% lavere end transmissionslinjen, for eksempel vil impedansen af en 50 ohm transmissionslinie reduceres med 6 ohm, når den passerer gennem hullet (specifikt og størrelsen på via Via, pladetykkelsen er også relateret, ikke en absolut reduktion).
Imidlertid er reflektionen forårsaget af impedans -diskontinuiteten via faktisk meget lille, og dens reflektionskoefficient er kun:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
De problemer, der opstår fra Via, er mere koncentreret om virkningerne af parasitkapacitans og induktans.
Via's parasitiske kapacitans og induktans
Der er en parasitisk omstrejfende kapacitans i selve selve. Hvis diameteren af loddemodstandszonen på det lagt lag er D2, er loddepuden D1 D1, tykkelsen af PCB -pladen er T, og den dielektriske konstant for underlaget er ε, den parasitiske kapacitans af det gennemgående hul er ca.:
C = 1,41εtd1/(D2-D1)
Hovedeffekten af den parasitiske kapacitans på kredsløbet er at forlænge signalets stigningstid og reducere kredsløbets hastighed.
For eksempel for en PCB med en tykkelse på 50mil, hvis diameteren på Via -puden er 20mil (diameteren af boreprogrammet er 10 m.
C = 1,41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
Mængden af stigningstidændring forårsaget af denne del af kapacitansen er omtrent:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Det kan ses af disse værdier, at selv om anvendeligheden af stigningsforsinkelsen forårsaget af den parasitiske kapacitans af en enkelt via er ikke meget åbenlyst, hvis Via bruges flere gange i linjen til at skifte mellem lag, vil flere huller blive brugt, og designet skal overvejes omhyggeligt. I det faktiske design kan den parasitiske kapacitans reduceres ved at øge afstanden mellem hullet og kobberområdet (anti-PAD) eller reducere pudenens diameter.
I designet af højhastigheds digitale kredsløb er skaden forårsaget af den parasitære induktans ofte større end påvirkningen af den parasitiske kapacitans. Dens parasitiske serieinduktans vil svække bypass -kondensatorens bidrag og svække filtreringseffektiviteten af hele kraftsystemet.
Vi kan bruge den følgende empiriske formel til blot at beregne den parasitære induktans af en gennemgående hul tilnærmelse:
L = 5,08H [Ln (4H/D) +1]
Hvor L henviser til induktansen af VIA, er H længden af VIA, og D er diameteren på det centrale hul. Det kan ses fra formlen, at Via -diameteren har ringe indflydelse på induktansen, mens længden af via har den største indflydelse på induktansen. Ved hjælp af ovenstående eksempel kan den out-of-hole induktans beregnes som:
L = 5,08x0.050 [ln (4x0.050/0.010) +1] = 1.015NH
Hvis stigningstiden for signalet er 1ns, er dens ækvivalente impedansstørrelse:
XL = πl/T10-90 = 3,19Ω
En sådan impedans kan ikke ignoreres i nærvær af højfrekvente strøm gennem, især bemærke, at bypass-kondensatoren skal passere gennem to huller, når der forbinder effektlaget og dannelsen, så den parasitiske induktans af hullet vil blive ganget.
Hvordan bruger man via?
Gennem ovennævnte analyse af hullernes parasitiske egenskaber kan vi se, at tilsyneladende enkle huller i højhastigheds-PCB-design ofte bringer store negative effekter til design af kredsløbet. For at reducere de bivirkninger, der er forårsaget af den parasitiske virkning af hullet, kan designet være så vidt muligt:
Fra de to aspekter af omkostninger og signalkvalitet skal du vælge en rimelig størrelse af via størrelse. Om nødvendigt kan du overveje at bruge forskellige størrelser af vias, f.eks. Til strømforsyning eller jordtrådhuller, du kan overveje at bruge en større størrelse til at reducere impedansen, og til signal ledninger kan du bruge en mindre via. Efterhånden som størrelsen på via falder, vil de tilsvarende omkostninger også stige
De to formler, der er omtalt ovenfor, kan konkluderes, at brugen af et tyndere PCB -kort er befordrende for at reducere de to parasitiske parametre for Via
Signalledningen på PCB -kortet skal ikke ændres så langt som muligt, det vil sige, prøv ikke at bruge unødvendige vias.
Vias skal bores i stifterne i strømforsyningen og jorden. Jo kortere føring mellem stifterne og vias, jo bedre. Flere huller kan bores parallelt for at reducere den ækvivalente induktans.
Placer nogle jordede gennemhuller nær gennemhullerne af signalændringen for at tilvejebringe den nærmeste løkke til signalet. Du kan endda placere nogle overskydende jordhuller på PCB -kortet.
For PCB-plader med høj hastighed med høj densitet kan du overveje at bruge mikrohuller.