Via on mitmekihilise PCB üks olulisi komponente ja puurimiskulud moodustavad tavaliselt 30–40% PCB tahvli maksumusest. Lihtsamalt öeldes võib iga PCB auku nimetada Via.
Via põhikontseptsioon:
Funktsiooni seisukohast võib VA -d jagada kahte kategooriasse: ühte kasutatakse kihtide vahelise elektriühendusena ja teist kasutatakse seadme fikseerimise või positsioneerimisena. Kui protsessist on need augud jagunenud üldiselt kolme kategooriasse, nimelt pimedate augud, maetud augud ja läbi aukude.
Pimedad augud asuvad trükitud vooluahela üla- ja alumisel pinnal ning neil on teatud sügavus pinna ahela ja allpool asuva sisemise vooluahela ühendamiseks ning aukude sügavus ei ületa tavaliselt teatud suhet (ava).
Maetud auk viitab ühenduse augule, mis asub trükitud vooluahela sisemises kihis, mis ei ulatu tahvli pinnale. Ülaltoodud kahte tüüpi aukud asuvad vooluahela sisemises kihis, mille täidab läbi aukude vormimise protsess enne lamineerimist, ja läbi augu moodustumise ajal võib kattuda mitmed sisekihid.
Kolmandat tüüpi kutsutakse läbi aukude, mis läbivad kogu vooluahela ja mida saab kasutada sisemise ühendamise või komponentide paigaldamise augudena. Kuna läbi auku on protsessis lihtsam saavutada ja kulud on madalamad, kasutab valdav enamus trükitud vooluahelaid, mitte ülejäänud kahte aukude kaudu. Järgmisi auke, ilma eriliste juhisteta, kaalutakse aukude kaudu.
Kujunduspunktist koosneb Via peamiselt kahest osast, üks on puurimisava keskel ja teine on puurimisava ümber keevituspadja. Nende kahe osa suurus määrab Via suuruse.
Ilmselt soovivad disainerid kiire tihedusega PCB-disainilahenduse korral alati auku võimalikult väikesed, nii et lisaks võib rohkem juhtmestiku ruumi jätta.
Kuid VIA suuruse vähendamine toob kaasa ka kulude suurenemise ja augu suurust ei saa määramata ajaks vähendada, seda piirab puurimise ja elektroplaanide tehnoloogia: mida väiksem auk on, seda kauem puurimist võtab, seda lihtsam on see keskpunktist kõrvale kalduda; Kui augu sügavus on rohkem kui 6 -kordne augu läbimõõt, on võimatu tagada, et aukude seina saab vasega ühtlaselt plaadiks.
Näiteks kui normaalse 6-kihilise PCB-plaadi paksus (läbi augu sügavuse) on 50 miljonit, siis minimaalne puurimisläbimõõt, mida PCB-tootjad saavad normaalsetes tingimustes pakkuda, võivad jõuda ainult 8 miljoni. Laserpuurimistehnoloogia arendamise korral võib puurimise suurus olla ka väiksem ja väiksem ning augu läbimõõt on üldiselt väiksem kui 6 miljonit või võrdne, meid nimetatakse mikroavadeks.
Mikroare kasutatakse sageli HDI (suure tihedusega ühendusega struktuuriga) ja mikroavade tehnoloogia võimaldab augu otse padjale puuritud, mis parandab oluliselt vooluringi jõudlust ja säästab juhtmestiku ruumi. VIA ilmub impedantsi katkemise murdepunktina ülekandejoonel, põhjustades signaali peegeldust. Üldiselt on augu samaväärne takistus umbes 12% madalam kui ülekandejoonel, näiteks 50 oomi ülekandeliini takistust vähendatakse auku läbimisel 6 oomi (täpsemalt ja via suurus, plaadi paksus on ka seotud, mitte absoluutne vähendamine).
Impedantsi katkematusest põhjustatud peegeldus on aga tegelikult väga väike ja selle peegeldustegur on ainult:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
VIA -st tulenevad probleemid on rohkem keskendunud parasiitliku mahtuvuse ja induktiivsuse mõjule.
Parasiitlik mahtuvus ja induktiivsus
Endal on parasiitne hulkuv mahtuvus. Kui jootetakistustsooni läbimõõt on laaditud kihil D2, on joodipadja läbimõõt D1, PCB -plaadi paksus on t ja substraadi dielektriline konstant on ε, läbi augu parasiitne mahtuvus on ligikaudu:
C = 1,41εTD1/(D2-D1)
Parasiitliku mahtuvuse peamine mõju vooluringile on pikendada signaali tõusuaega ja vähendada vooluringi kiirust.
Näiteks PCB jaoks, mille paksus on 50 miljonit, kui VIA padja läbimõõt on 20 miljonit (puurimisaugu läbimõõt on 10 miljonit) ja joodise takistustsooni läbimõõt on 40 miljonit, siis saame ligikaudselt ligikaudselt ülaltoodud valemiga parasiitlikku mahtuvust ligikaudselt:
C = 1,41x4,4x0,050x0.020/(0,040-0,020) = 0,31PF
Selle mahtuvuse osa põhjustatud tõusuaja muutus on laias laastus:
T10-90 = 2,2C (z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Nendest väärtustest võib näha, et kuigi ühe via parasiitliku mahtuvuse põhjustatud tõusu viivituse kasulikkus ei ole eriti ilmne, kui kihtide vahetamiseks kasutatakse mitu korda reas mitu korda, kasutatakse mitu auku ja disaini tuleks hoolikalt kaaluda. Tegeliku kujunduse korral saab parasiitlikku mahtuvust vähendada, suurendades augu ja vase piirkonna (padjavastase) vahelist kaugust või vähendades padja läbimõõtu.
Kiire digitaalsete vooluringide kujundamisel on parasiitliku induktiivsuse põhjustatud kahju sageli suurem kui parasiitliku mahtuvuse mõju. Selle parasiitide seeria induktiivsus nõrgendab ümbersõidukondensaatori panust ja nõrgendab kogu energiasüsteemi filtreerimise tõhusust.
Saame kasutada järgmist empiirilist valemit, et lihtsalt arvutada augu ligikaudse parasiitne induktiivsus:
L = 5,08H [ln (4H/d) +1]
Kui L viitab via induktiivsusele, on H VIA pikkus ja D on keskse augu läbimõõt. Valemist võib näha, et VIA läbimõõt mõjutab induktiivsust vähe, samas kui Via pikkus mõjutab induktiivsust kõige rohkem. Ülaltoodud näite abil saab augu väljastpoolt induktiivsuse arvutada järgmiselt:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) +1] = 1,015NH
Kui signaali tõusuaeg on 1ns, siis on selle samaväärne impedantsi suurus:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Sellist impedantsi ei saa kõrgsagedusvoolu juuresolekul tähelepanuta jätta, eriti pange tähele, et ümbersõit kondensaator peab toitekihi ja moodustumise ühendamisel läbima kaks auku, nii et augu parasiitide induktiivsus korrutatakse.
Kuidas kasutada VIA?
Augu parasiitide omaduste ülaltoodud analüüsi kaudu näeme, et kiire PCB-kujunduse korral toovad näiliselt lihtsad augud vooluringi kujundamisel sageli suuri negatiivseid efekte. Augu parasiitlikust mõjust põhjustatud kahjulike mõjude vähendamiseks võib kujundus olla nii kaugele kui võimalik:
Valige kulude ja signaali kvaliteedi kahest aspektist mõistlik suurus Via suurusest. Vajadusel võite kaaluda erineva suurusega VIA -de kasutamist, näiteks toiteallika või maapealse traadi aukude jaoks, võite kaaluda suurema suuruse kasutamist impedantsi vähendamiseks ja signaali juhtmestiku jaoks, võite kasutada väiksemat VIA -d. Muidugi, kui VIA suurus väheneb, suurenevad ka vastavad kulud
Kaks eespool käsitletud valemit võib järeldada, et õhema PCB -tahvli kasutamine soodustab VIA kahe parasiitide parameetri vähendamist
PCB -plaadi signaali juhtmestikku ei tohiks muuta nii palju kui võimalik, see tähendab, et proovige mitte kasutada tarbetut VIA -sid.
VIA -d tuleb puurida toiteallika ja maapinna tippudesse. Mida lühem plii tihvtide ja viase vahel, seda parem. Samaväärse induktiivsuse vähendamiseks saab paralleelselt puurida mitu auku.
Asetage signaali vahetuse läbimise aukude lähedale mõned maandatud augud, et anda signaalile lähim ahel. Võite isegi PCB -tahvlile paigutada mõned liigsed maapinna augud.
Kiire tihedusega PCB-tahvlite puhul võite kaaluda mikroaukude kasutamist.
