VIA on yksi monikerroksisen piirilevyn tärkeistä komponenteista, ja porauskustannusten osuus on yleensä 30–40% piirilevyn kustannuksista. Yksinkertaisesti sanottuna, jokaista piirilevyn reikää voidaan kutsua Via.
Via: n peruskonsepti:
Funktion näkökulmasta VIA voidaan jakaa kahteen luokkaan: toista käytetään kerrosten välisenä sähköyhteytenä, ja toista käytetään laitteen kiinnitys- tai paikannusna. Jos prosessista nämä reiät jaetaan yleensä kolmeen luokkaan, nimittäin sokeat reiät, haudattuja reikiä ja reikien läpi.
Sokeat aukot sijaitsevat tulostetun piirilevyn ylä- ja alapinnoilla ja niillä on tietty syvyys pintapiirin ja alapuolella olevan sisäpiirin kytkemiseksi, ja reikien syvyys ei yleensä ylitä tiettyä suhdetta (aukko).
Haudattu reikä viittaa tulostetun piirilevyn sisäkerroksessa sijaitsevaan liitäntäreiään, joka ei ulotu levyn pintaan. Edellä mainitut kaksi reikätyyppiä sijaitsevat piirilevyn sisärakennuksessa, joka saadaan läpi reiän muovausprosessi ennen laminointia, ja useita sisärevyjä voi olla päällekkäin läpi läpi reiän muodostumisen aikana.
Kolmas tyyppi kutsutaan reikien läpi, jotka kulkevat koko piirilevyn läpi ja jota voidaan käyttää sisäisen yhdistämisen saavuttamiseen tai komponenttien asennusreikien asennuksen reikiksi. Koska läpi reiän on helpompi saavuttaa prosessissa ja kustannukset ovat alhaisemmat, suurin osa painettuista piirilevyistä käyttää sitä kahden muun reiän kautta. Seuraavia reikiä, ilman erityisiä ohjeita, pidetään reikien kautta.
Suunnittelun kannalta A VIA koostuu pääasiassa kahdesta osasta, toinen on porausreiän keskellä ja toinen on porausaukon ympärillä oleva hitsaustyynyalue. Näiden kahden osan koko määrittää VIA: n koon.
On selvää, että nopean, tiheän piirilevyjen suunnittelussa suunnittelijat haluavat aina reiän mahdollisimman pienen, jotta enemmän johdotustilaa voidaan jättää, sen lisäksi, että pienempi via, sen oma loiskapasitanssi on pienempi, sopivampi nopeaan piireihin.
VIA -koon pienentäminen tuo kuitenkin myös kustannusten nousun, ja reikän kokoa ei kuitenkaan voida pienentää määräämättömäksi ajaksi, sitä rajoittaa poraus- ja sähkösyötotekniikka: mitä pienempi reikä, sitä pidempi poraus kestää, sitä helpompaa on poiketa keskustasta; Kun reiän syvyys on yli 6 -kertainen reiän halkaisija, on mahdotonta varmistaa, että reikän seinämä voidaan päällystää tasaisesti kuparilla.
Esimerkiksi, jos normaalin 6-kerroksisen piirilevylevyn paksuus (reiän syvyyden) on 50 miljoonaa, niin minimiporaushalkaisija, jonka piirilevyn valmistajat voivat tarjota normaaleissa olosuhteissa, voi saavuttaa vain 8 miljoonaa. Laserporaustekniikan kehittymisen myötä porauksen koko voi myös olla pienempi ja reikän halkaisija on yleensä pienempi tai yhtä suuri kuin 6 miljoonaa, meitä kutsutaan mikroreikiksi.
Mikroreikiä käytetään usein HDI: ssä (korkeatiheyden toisiinsa liittyvä rakenne) suunnittelussa, ja mikroreikätekniikka voi antaa reikän porata suoraan tyynylle, mikä parantaa piirin suorituskykyä ja säästää johdotustilaa. VIA näyttää impedanssin epäjatkuvuuden hajoamispisteenä lähetyslinjassa aiheuttaen signaalin heijastuksen. Yleensä reiän vastaava impedanssi on noin 12% pienempi kuin siirtojohto, esimerkiksi 50 ohmin siirtojohdon impedanssi vähenee 6 ohmilla, kun se kulkee reiän läpi (erityisesti ja VIA: n koko, levyn paksuus liittyy myös, ei absoluuttinen pelkistys).
Impedanssin epäjatkuvuuden aiheuttama heijastus on kuitenkin todella pieni, ja sen heijastuskerroin on kuitenkin: vain:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
VIR: stä syntyvät ongelmat keskittyvät paremmin loisten kapasitanssin ja induktanssin vaikutuksiin.
Kautta loiskapasitanssi ja induktanssi
Via itsessään on loistainen kulkukapasitanssi. Jos lasketun juotosvastusvyöhykkeen halkaisija on D2, juotostyynyn halkaisija on D1, piirilevyn paksuus on t ja substraatin dielektrinen vakio on ε, loiskapasitanssi läpi reikä on suunnilleen:
C = 1,41εTD1/(D2-D1)
Loiskapasitanssin päävaikutus piiriin on pidentää signaalin nousuaikaa ja vähentää piirin nopeutta.
Esimerkiksi, piirilevylle, jonka paksuus on 50 miljoonaa, jos VIA -tyynyn halkaisija on 20 miljoonaa (porausreiän halkaisija on 10 litraa) ja juotosvastusvyöhykkeen halkaisija on 40 miljoonaa, niin voimme likimääräisesti likimääräisen VIA: n loinen kapasitanssi:
C = 1,41x4,4x0.050x0.020/(0,040-0,020) = 0,31pf
Tämän kapasitanssin osan aiheuttama nousuajan muutos on karkeasti:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Näistä arvoista voidaan nähdä, että vaikka yhden VIA: n loiskapasitanssin aiheuttama nousuviiveen hyödyllisyys ei ole kovin ilmeinen, jos VIA: ta käytetään useita kertoja linjassa kerrosten välillä, käytetään useita reikiä ja suunnittelua tulisi harkita huolellisesti. Varsinaisessa suunnittelussa loisen kapasitanssi voidaan vähentää lisäämällä reikän ja kuparialueen (anti-pad) välistä etäisyyttä tai vähentämällä tyynyn halkaisijaa.
Nopeaa digitaalista piirejä suunnittelussa loisen induktanssin aiheuttama haitto on usein suurempi kuin loisen kapasitanssin vaikutus. Sen loisten sarjan induktanssi heikentää ohituskondensaattorin vaikutusta ja heikentää koko sähköjärjestelmän suodatustehokkuutta.
Voimme käyttää seuraavaa empiiristä kaavaa yksinkertaisesti laskemaan läpi reiän likiarvon loisinduktanssi:
L = 5,08H [ln (4H/D) +1]
Jos L viittaa VIA: n induktanssiin, H on VIA: n pituus ja D on keskusreiän halkaisija. Kaavasta voidaan nähdä, että VIA: n halkaisijalla on vähän vaikutusta induktanssiin, kun taas VI: n pituudella on suurin vaikutus induktanssiin. Edellä mainittua esimerkkiä käyttämällä edelleen reikän induktanssi voidaan laskea seuraavasti:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) +1] = 1,015NH
Jos signaalin nousuaika on 1NS, sen vastaava impedanssin koko on:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Tällaista impedanssia ei voida sivuuttaa korkean taajuuden virran läsnä ollessa erityisesti, huomaa, että ohituskondensaattorin on läpäistävä kahden reikän läpi kytkemällä voimakerrosta ja muodostumista, jotta reikän loisinduktanssi kerrotaan.
Kuinka käyttää VIA: ta?
Edellä esitetyn reiän loisten ominaisuuksien analysoinnin avulla voimme nähdä, että nopean piirilevyn suunnittelussa näennäisesti yksinkertaiset reikät tuovat usein suuria kielteisiä vaikutuksia piirin suunnitteluun. Reiän loisvaikutuksen aiheuttamien haittavaikutusten vähentämiseksi suunnittelu voi olla mahdollisimman pitkälle:
Valitse kustannusten ja signaalin laadun kahdesta näkökulmasta VIA -koon kohtuullinen koko. Voit tarvittaessa harkita erilaisia VIAS -kooja, kuten virtalähde- tai maadoitusjohtoreikiä, voit harkita suuremman koon käyttämistä impedanssin vähentämiseksi ja signaalin johdotuksessa voit käyttää pienempää VIA: ta. Tietenkin, koska VIA -pienenee, myös vastaavat kustannukset kasvavat
Edellä käsitellyt kaksi kaavaa voidaan päätellä, että ohuemman piirilevylevyn käyttö on edistänyt VIA: n kahden loisparametrin vähentämistä
Piirilevyn signaalin johdotusta ei pidä muuttaa niin pitkälle kuin mahdollista, toisin sanoen, yritä olla käyttämättä tarpeetonta ViaS: tä.
Viat on porattava virtalähteen ja maan nastaihin. Mitä lyhyempi lyijy nastajen ja Viasin välillä, sitä parempi. Useita reikiä voidaan porata rinnakkain vastaavan induktanssin vähentämiseksi.
Aseta joitain maadoitettuja reikiä lähellä signaalin muutoksen läpi kulkevia reikiä, jotta signaali on lähin silmukka. Voit jopa sijoittaa ylimääräisiä maa -aukkoja piirilevylle.
Nopeilla picb-levyillä, joilla on korkea tiheys, voit harkita mikro-reikien käyttöä.