El VIA es uno de los componentes importantes de la PCB de múltiples capas, y el costo de la perforación generalmente representa del 30% al 40% del costo de la placa PCB. En pocas palabras, cada orificio de la PCB se puede llamar a Via.
El concepto básico de la Vía:
Desde el punto de vista de la función, el VIA se puede dividir en dos categorías: una se usa como una conexión eléctrica entre las capas, y la otra se usa como fijación o posicionamiento del dispositivo. Si desde el proceso, estos agujeros generalmente se dividen en tres categorías, a saber, agujeros ciegos, agujeros enterrados y a través de agujeros.
Los agujeros ciegos se encuentran en las superficies superior e inferior de la placa de circuito impreso y tienen una cierta profundidad para la conexión del circuito de superficie y el circuito interno a continuación, y la profundidad de los agujeros generalmente no excede una cierta relación (apertura).
El orificio enterrado se refiere al orificio de conexión ubicado en la capa interna de la placa de circuito impreso, que no se extiende a la superficie de la placa. Los dos tipos de agujeros anteriores se encuentran en la capa interna de la placa de circuito, que se completa mediante el proceso de moldeo de agujeros a través de la laminación, y varias capas internas pueden superponerse durante la formación del orificio a través del orificio.
El tercer tipo se llama agujeros a través, que pasan a través de toda la placa de circuito y se puede utilizar para lograr la interconexión interna o como orificios de posicionamiento de instalación para componentes. Debido a que el agujero a través de los pasos es más fácil de lograr en el proceso y el costo es más bajo, la gran mayoría de las placas de circuitos impresos lo usan, en lugar de los otros dos a través de agujeros. Los siguientes agujeros, sin instrucciones especiales, se consideran a través de agujeros.
Desde el punto de vista de diseño, A VIA se compone principalmente de dos partes, una es el medio del orificio de perforación y el otro es el área de la almohadilla de soldadura alrededor del orificio de perforación. El tamaño de estas dos partes determina el tamaño de Via.
Obviamente, en el diseño de PCB de alta velocidad y de alta densidad, los diseñadores siempre quieren el agujero lo más pequeño posible, de modo que se pueda dejar más espacio de cableado, además, cuanto más pequeña sea su propia capacitancia parásita es más pequeña, más adecuada para los circuitos de alta velocidad.
Sin embargo, la reducción del tamaño de VIA también genera un aumento en los costos, y el tamaño del agujero no puede reducirse indefinidamente, está limitado por la perforación y la tecnología de electroplacas: cuanto más pequeño sea el agujero, más largo es la perforación, más fácil es desviarse del centro; Cuando la profundidad del orificio es más de 6 veces el diámetro del orificio, es imposible asegurarse de que la pared del orificio pueda verse en placas uniformemente con cobre.
Por ejemplo, si el grosor (a través de la profundidad del orificio) de una placa PCB normal de 6 capas es de 50mil, entonces el diámetro de perforación mínimo que los fabricantes de PCB pueden proporcionar en condiciones normales solo pueden alcanzar 8mil. Con el desarrollo de la tecnología de perforación láser, el tamaño de la perforación también puede ser más pequeño y más pequeño, y el diámetro del orificio es generalmente menor o igual a 6mils, nos llamamos microholes.
Los microholes a menudo se usan en el diseño de HDI (estructura de interconexión de alta densidad), y la tecnología de microholes puede permitir que el orificio se perfore directamente en la almohadilla, lo que mejora en gran medida el rendimiento del circuito y ahorra el espacio de cableado. El Via aparece como un punto de interrupción de la discontinuidad de impedancia en la línea de transmisión, causando un reflejo de la señal. En general, la impedancia equivalente del orificio es aproximadamente 12% menor que la línea de transmisión, por ejemplo, la impedancia de una línea de transmisión de 50 ohmios se reducirá en 6 ohmios cuando pase a través del orificio (específicamente y el tamaño de Via, el espesor de la placa también está relacionado, no una reducción absoluta).
Sin embargo, la reflexión causada por la discontinuidad de la impedancia a través de en realidad es en realidad muy pequeña, y su coeficiente de reflexión es solo:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
Los problemas que surgen de la VIA se concentran más en los efectos de la capacitancia parásita e inductancia.
Capacitancia e inductancia parasitaria de Via
Hay una capacitancia parasitaria en la Via. Si el diámetro de la zona de resistencia de soldadura en la capa colocada es D2, el diámetro de la almohadilla de soldadura es D1, el grosor de la placa PCB es t, y la constante dieléctrica del sustrato es ε, la capacitancia parasitaria del orificio a través del orificio es aproximadamente:
C = 1.41εtd1/(d2-d1)
El efecto principal de la capacitancia parásita en el circuito es prolongar el tiempo de aumento de la señal y reducir la velocidad del circuito.
Por ejemplo, para una PCB con un grosor de 50mil, si el diámetro de la almohadilla Via es de 20mil (el diámetro del orificio de perforación es de 10mils) y el diámetro de la zona de resistencia de soldadura es de 40mil, entonces podemos aproximar la capacidad parasitaria de la fórmula Via por la fórmula anterior:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
La cantidad de cambio de tiempo de aumento causado por esta parte de la capacitancia es aproximadamente:
T10-90 = 2.2C (Z0/2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
Se puede ver a partir de estos valores que, aunque la utilidad del retraso de aumento causado por la capacitancia parásita de un solo VIA no es muy obvia, si el VIA se usa varias veces en la línea para cambiar entre capas, se utilizarán múltiples agujeros y el diseño debe considerarse cuidadosamente. En el diseño real, la capacitancia parásita se puede reducir aumentando la distancia entre el orificio y el área de cobre (anti-Pad) o reduciendo el diámetro de la almohadilla.
En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad, el daño causado por la inductancia parasitaria es a menudo mayor que la influencia de la capacitancia parasitaria. Su inductancia de la serie parásita debilitará la contribución del condensador de derivación y debilitará la efectividad del filtrado de todo el sistema de energía.
Podemos usar la siguiente fórmula empírica para calcular simplemente la inductancia parasitaria de una aproximación de agujeros a través de los agujeros:
L = 5.08H [LN (4H/D) +1]
Donde L se refiere a la inductancia de Via, H es la longitud de Via, y D es el diámetro del agujero central. Se puede ver en la fórmula que el diámetro de la VIA tiene poca influencia en la inductancia, mientras que la longitud de la VIA tiene la mayor influencia en la inductancia. Todavía utilizando el ejemplo anterior, la inductancia fuera de los agujeros se puede calcular como:
L = 5.08x0.050 [LN (4x0.050/0.010) +1] = 1.015nh
Si el tiempo de aumento de la señal es de 1NS, entonces su tamaño de impedancia equivalente es:
Xl = πl/t10-90 = 3.19Ω
Tal impedancia no puede ignorarse en presencia de corriente de alta frecuencia a través de, en particular, tener en cuenta que el condensador de derivación debe pasar a través de dos agujeros al conectar la capa de potencia y la formación, de modo que la inductancia parásita del agujero se multiplique.
¿Cómo usar el Via?
A través del análisis anterior de las características parasitarias del agujero, podemos ver que en el diseño de PCB de alta velocidad, los agujeros aparentemente simples a menudo aportan grandes efectos negativos al diseño del circuito. Para reducir los efectos adversos causados por el efecto parásito del agujero, el diseño puede ser lo más lejos posible:
Desde los dos aspectos del costo y la calidad de la señal, elija un tamaño razonable del tamaño VIA. Si es necesario, puede considerar el uso de diferentes tamaños de VIA, como para la fuente de alimentación o los orificios de cable de tierra, puede considerar usar un tamaño más grande para reducir la impedancia, y para el cableado de la señal, puede usar una VIA más pequeña. Por supuesto, a medida que disminuye el tamaño de la VIA, el costo correspondiente también aumentará
Las dos fórmulas discutidas anteriormente se pueden concluir que el uso de una placa PCB más delgada es propicio para reducir los dos parámetros parásitos de la VIA
El cableado de la señal en la placa de PCB no debe cambiarse lo más posible, es decir, tratar de no usar VIA innecesarias.
Se debe perforar a VIA en los pasadores de la fuente de alimentación y el suelo. Cuanto más corto sea el plomo entre los pines y los vías, mejor. Se pueden perforar múltiples agujeros en paralelo para reducir la inductancia equivalente.
Coloque algunos agujeros a través de los consejos a través de los agujeros de la señal para proporcionar el bucle más cercano para la señal. Incluso puede colocar algunos agujeros de tierra excesivos en la placa PCB.
Para tableros de PCB de alta velocidad con alta densidad, puede considerar el uso de microholes.