Läbiviik on mitmekihilise PCB üks olulisi komponente ja puurimiskulud moodustavad tavaliselt 30–40% PCB-plaadi maksumusest. Lihtsamalt öeldes võib iga PCB auku nimetada läbipääsuks.
Via põhikontseptsioon:
Funktsiooni seisukohalt võib via jagada kahte kategooriasse: ühte kasutatakse kihtidevahelise elektriühendusena ja teist kasutatakse seadme fikseerimise või positsioneerimisena. Protsessi põhjal jagunevad need augud üldiselt kolme kategooriasse, nimelt pimeaugud, maetud augud ja läbivad augud.
Pimeavad asuvad trükkplaadi ülemisel ja alumisel pinnal ning neil on teatud sügavus pinnaahela ja all oleva sisemise ahela ühendamiseks ning aukude sügavus ei ületa tavaliselt teatud suhet (ava).
Maetud auk viitab trükkplaadi sisemises kihis asuvale ühendusavale, mis ei ulatu plaadi pinnale. Eespool nimetatud kahte tüüpi augud asuvad trükkplaadi sisemises kihis, mis lõpetatakse enne lamineerimist läbiva ava vormimise protsessiga ning läbiva augu moodustamisel võib mitu sisemist kihti kattuda.
Kolmandat tüüpi nimetatakse läbivateks aukudeks, mis läbivad kogu trükkplaadi ja mida saab kasutada sisemise ühendamise saavutamiseks või komponentide paigaldamise positsioneerimisavadena. Kuna läbivat auku on protsessi käigus lihtsam saavutada ja kulu on madalam, kasutab valdav enamus trükkplaatidest seda, mitte kahte ülejäänud läbivat ava. Ilma erijuhisteta loetakse järgmisi auke läbivateks aukudeks.
Disaini seisukohalt koosneb via peamiselt kahest osast, millest üks on puurimisava keskosa ja teine on puurimisava ümber olev keevituspadja ala. Nende kahe osa suurus määrab via suuruse.
Ilmselgelt tahavad disainerid kiire ja suure tihedusega PCB projekteerimisel alati võimalikult väikest auku, et saaks rohkem juhtmestiku ruumi jätta, lisaks, mida väiksem on via, on selle enda parasiitmahtuvus väiksem, sobivam kiirete ahelate jaoks.
Via suuruse vähendamine toob aga kaasa ka kulude kasvu ning ava suurust ei saa lõputult vähendada, seda piirab puurimis- ja galvaniseerimistehnoloogia: mida väiksem on auk, seda kauem puurimine aega võtab, seda lihtsam. on keskpunktist kõrvale kalduda; Kui augu sügavus on rohkem kui 6 korda suurem kui ava läbimõõt, on võimatu tagada, et augu sein oleks ühtlaselt vasega kaetud.
Näiteks kui tavalise 6-kihilise PCB plaadi paksus (läbiava sügavus) on 50 Milit, siis minimaalne puurimise läbimõõt, mida PCB tootjad saavad tavatingimustes pakkuda, võib ulatuda vaid 8 miljonini. Laserpuurimistehnoloogia arenedes võib ka puuride suurus olla aina väiksem ja ava läbimõõt on üldiselt väiksem või võrdne 6Milsiga, meid nimetatakse mikroaukudeks.
Mikroauke kasutatakse sageli HDI (high density interconnect structure) projekteerimisel ja mikroaukude tehnoloogia võimaldab puurida auku otse padja külge, mis parandab oluliselt vooluringi jõudlust ja säästab juhtmestiku ruumi. Läbiviik kuvatakse ülekandeliini takistuse katkestuse katkestuspunktina, põhjustades signaali peegelduse. Üldjuhul on ava ekvivalenttakistus umbes 12% madalam kui ülekandeliinil, näiteks 50-oomise ülekandeliini impedants väheneb 6 oomi võrra, kui see läbib ava (täpsemalt ja läbipääsu suurus, plaadi paksus on samuti seotud, mitte absoluutne vähenemine).
Kuid impedantsi katkendlikkusest põhjustatud peegeldus on tegelikult väga väike ja selle peegeldustegur on ainult:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Viadest tulenevad probleemid on rohkem keskendunud parasiitmahtuvuse ja induktiivsuse mõjudele.
Via parasiitmahtuvus ja induktiivsus
Via endas on parasiitne hajuv mahtuvus. Kui paigaldatud kihi jootetakistustsooni läbimõõt on D2, jootepadja läbimõõt on D1, PCB plaadi paksus on T ja põhimiku dielektriline konstant on ε, on läbiva ava parasiitmahtuvus on ligikaudu:
C=1,41 εTD1/(D2-D1)
Parasiitmahtuvuse peamine mõju ahelale on signaali tõusuaja pikendamine ja ahela kiiruse vähendamine.
Näiteks 50 Mili paksuse PCB puhul, kui läbipääsupadja läbimõõt on 20 Mil (puurimisaugu läbimõõt on 10 Mil) ja jootetakistustsooni läbimõõt on 40 Mil, siis saame ligikaudselt hinnata plaadi parasiitmahtuvust. kaudu ülaltoodud valemiga:
C=1,41 x 4,4 x 0,050 x 0,020/(0,040-0,020)=0,31 pF
Selle mahtuvuse osa põhjustatud tõusuaja muutuse suurus on ligikaudu järgmine:
T10-90 = 2,2 C (Z0/2) = 2,2 × 0,31 × (50/2) = 17,05 ps
Nendest väärtustest on näha, et kuigi ühe läbipääsu parasiitmahtuvusest põhjustatud tõusuviivituse kasulikkus ei ole kuigi ilmne, kasutatakse kihtide vahetamiseks liinis mitu korda läbiviigu kasutamisel mitut auku, ja disaini tuleks hoolikalt kaaluda. Tegeliku konstruktsiooni korral saab parasiitmahtuvust vähendada, suurendades augu ja vase ala vahelist kaugust (Anti-pad) või vähendades padja läbimõõtu.
Kiirete digitaalsete vooluahelate projekteerimisel on parasiitse induktiivsuse tekitatud kahju sageli suurem kui parasiitmahtuvuse mõju. Selle parasiitne jadainduktiivsus nõrgendab möödaviigukondensaatori panust ja nõrgendab kogu elektrisüsteemi filtreerimise efektiivsust.
Läbiva ava ligikaudse parasiit-induktiivsuse arvutamiseks saame kasutada järgmist empiirilist valemit:
L = 5,08 h [ln (4 h/d) + 1]
Kui L tähistab läbipääsu induktiivsust, siis h on läbipääsu pikkus ja d on keskava läbimõõt. Valemist on näha, et läbipääsu läbimõõt mõjutab induktiivsust vähe, samas kui läbipääsu pikkus mõjutab induktiivsust kõige rohkem. Kasutades siiski ülaltoodud näidet, saab auguvälise induktiivsuse arvutada järgmiselt:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) + 1] = 1,015 nH
Kui signaali tõusuaeg on 1ns, siis on selle ekvivalentne impedantsi suurus:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Sellist impedantsi ei saa ignoreerida läbiva kõrgsagedusliku voolu juures, eriti tuleb arvestada, et möödaviigukondensaator peab toitekihi ja kihistuse ühendamisel läbima kaks auku, et ava parasiitne induktiivsus mitmekordistuks.
Kuidas kasutada via?
Ülaltoodud augu parasiitide omaduste analüüsi kaudu näeme, et kiire PCB konstruktsiooni puhul toovad näiliselt lihtsad augud sageli vooluringi konstruktsioonile suuri negatiivseid mõjusid. Selleks, et vähendada augu parasiitmõjust põhjustatud kahjulikke mõjusid, võib kujundus olla nii palju kui võimalik:
Valige kahe kulude ja signaali kvaliteedi aspekti hulgast mõistliku läbimõõduga suurus. Vajadusel võite kaaluda erineva suurusega via-de kasutamist, näiteks toiteallika või maandusjuhtmete aukude jaoks, impedantsi vähendamiseks võite kasutada suuremat ja signaali juhtmestiku jaoks võite kasutada väiksemat läbipääsu. Via suuruse vähenedes kasvab loomulikult ka vastav kulu
Eespool käsitletud kahe valemi põhjal võib järeldada, et õhema PCB plaadi kasutamine aitab kaasa kahe parasiitparameetri vähendamisele.
PCB plaadi signaalijuhtmestikku ei tohiks nii palju kui võimalik muuta, see tähendab, et proovige mitte kasutada tarbetuid läbipääsusid.
Viad tuleb puurida toiteallika tihvtidesse ja maasse. Mida lühem on juhe kontaktide ja läbiviikude vahel, seda parem. Samaväärse induktiivsuse vähendamiseks saab paralleelselt puurida mitu auku.
Asetage mõned maandatud läbivad augud signaalivahetuse läbivate avade lähedusse, et tagada signaalile lähim silmus. Võite isegi PCB plaadile asetada mõned liigsed maandusavad.
Suure tihedusega kiirete PCB-plaatide puhul võite kaaluda mikroaukude kasutamist.