थ्रू मल्टी-लेयर पीसीबी के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है, और ड्रिलिंग की लागत आमतौर पर पीसीबी बोर्ड की लागत का 30% से 40% होती है। सीधे शब्दों में कहें तो पीसीबी के प्रत्येक छेद को थ्रू कहा जा सकता है।
वाया की मूल अवधारणा:
कार्य के दृष्टिकोण से, वाया को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: एक का उपयोग परतों के बीच विद्युत कनेक्शन के रूप में किया जाता है, और दूसरे का उपयोग डिवाइस की फिक्सिंग या पोजिशनिंग के रूप में किया जाता है। यदि प्रक्रिया से, इन छिद्रों को आम तौर पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है, अर्थात् अंधा छेद, दफन छेद और छेद के माध्यम से।
ब्लाइंड छेद मुद्रित सर्किट बोर्ड की ऊपरी और निचली सतहों पर स्थित होते हैं और सतह सर्किट और नीचे के आंतरिक सर्किट के कनेक्शन के लिए एक निश्चित गहराई होती है, और छेद की गहराई आमतौर पर एक निश्चित अनुपात (एपर्चर) से अधिक नहीं होती है।
दफन छेद मुद्रित सर्किट बोर्ड की आंतरिक परत में स्थित कनेक्शन छेद को संदर्भित करता है, जो बोर्ड की सतह तक विस्तारित नहीं होता है। उपरोक्त दो प्रकार के छेद सर्किट बोर्ड की आंतरिक परत में स्थित होते हैं, जो लेमिनेशन से पहले थ्रू होल मोल्डिंग प्रक्रिया द्वारा पूरा किया जाता है, और थ्रू होल के निर्माण के दौरान कई आंतरिक परतों को ओवरलैप किया जा सकता है।
तीसरे प्रकार को थ्रू-होल कहा जाता है, जो पूरे सर्किट बोर्ड से होकर गुजरता है और इसका उपयोग आंतरिक इंटरकनेक्शन प्राप्त करने या घटकों के लिए इंस्टॉलेशन पोजिशनिंग होल के रूप में किया जा सकता है। क्योंकि प्रक्रिया में थ्रू होल हासिल करना आसान होता है और लागत कम होती है, अधिकांश मुद्रित सर्किट बोर्ड अन्य दो थ्रू होल के बजाय इसका उपयोग करते हैं। विशेष निर्देशों के बिना, निम्नलिखित छिद्रों को छिद्रित छिद्रों के रूप में माना जाता है।
डिज़ाइन के दृष्टिकोण से, वाया मुख्य रूप से दो भागों से बना होता है, एक ड्रिलिंग छेद के बीच में होता है, और दूसरा ड्रिलिंग छेद के आसपास वेल्डिंग पैड क्षेत्र होता है। इन दोनों भागों का आकार वाया का आकार निर्धारित करता है।
जाहिर है, हाई-स्पीड, हाई-डेंसिटी पीसीबी डिज़ाइन में, डिज़ाइनर हमेशा छेद को जितना संभव हो उतना छोटा चाहते हैं, ताकि अधिक वायरिंग स्थान छोड़ा जा सके, इसके अलावा, थ्रू जितना छोटा होगा, उसकी अपनी परजीवी कैपेसिटेंस छोटी होगी, अधिक उपयुक्त होगी हाई-स्पीड सर्किट के लिए।
हालाँकि, थ्रू आकार में कमी से लागत में भी वृद्धि होती है, और छेद का आकार अनिश्चित काल तक कम नहीं किया जा सकता है, यह ड्रिलिंग और इलेक्ट्रोप्लेटिंग तकनीक द्वारा सीमित है: छेद जितना छोटा होगा, ड्रिलिंग में उतना ही अधिक समय लगेगा, यह उतना ही आसान होगा केंद्र से भटकना है; जब छेद की गहराई छेद के व्यास से 6 गुना से अधिक हो, तो यह सुनिश्चित करना असंभव है कि छेद की दीवार को तांबे के साथ समान रूप से चढ़ाया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, यदि सामान्य 6-परत पीसीबी बोर्ड की मोटाई (छेद की गहराई के माध्यम से) 50Mil है, तो न्यूनतम ड्रिलिंग व्यास जो PCB निर्माता सामान्य परिस्थितियों में प्रदान कर सकते हैं, केवल 8Mil तक पहुंच सकते हैं। लेजर ड्रिलिंग तकनीक के विकास के साथ, ड्रिलिंग का आकार भी छोटा और छोटा हो सकता है, और छेद का व्यास आम तौर पर 6मिल्स से कम या उसके बराबर होता है, हमें माइक्रोहोल कहा जाता है।
माइक्रोहोल का उपयोग अक्सर एचडीआई (उच्च घनत्व इंटरकनेक्ट संरचना) डिज़ाइन में किया जाता है, और माइक्रोहोल तकनीक छेद को सीधे पैड पर ड्रिल करने की अनुमति दे सकती है, जो सर्किट के प्रदर्शन में काफी सुधार करती है और वायरिंग स्थान को बचाती है। थ्रू ट्रांसमिशन लाइन पर प्रतिबाधा असंततता के ब्रेकप्वाइंट के रूप में प्रकट होता है, जिससे सिग्नल का प्रतिबिंब बनता है। आम तौर पर, छेद की समतुल्य प्रतिबाधा ट्रांसमिशन लाइन से लगभग 12% कम होती है, उदाहरण के लिए, 50 ओम ट्रांसमिशन लाइन की प्रतिबाधा 6 ओम कम हो जाएगी जब यह छेद से गुजरती है (विशेष रूप से और थ्रू का आकार, प्लेट की मोटाई भी संबंधित है, पूर्ण कमी नहीं)।
हालाँकि, प्रतिबाधा असंततता के कारण होने वाला प्रतिबिंब वास्तव में बहुत छोटा है, और इसका प्रतिबिंब गुणांक केवल है:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
वाया से उत्पन्न होने वाली समस्याएं परजीवी समाई और प्रेरण के प्रभावों पर अधिक केंद्रित हैं।
वाया की परजीवी धारिता और प्रेरण
वाया में ही एक परजीवी आवारा समाई है। यदि बिछाई गई परत पर सोल्डर प्रतिरोध क्षेत्र का व्यास D2 है, सोल्डर पैड का व्यास D1 है, पीसीबी बोर्ड की मोटाई T है, और सब्सट्रेट का ढांकता हुआ स्थिरांक ε है, तो छेद के माध्यम से परजीवी समाई लगभग है:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
सर्किट पर परजीवी कैपेसिटेंस का मुख्य प्रभाव सिग्नल के उदय समय को बढ़ाना और सर्किट की गति को कम करना है।
उदाहरण के लिए, 50Mil की मोटाई वाले PCB के लिए, यदि वाया पैड का व्यास 20Mil है (ड्रिलिंग छेद का व्यास 10Mil है) और सोल्डर प्रतिरोध क्षेत्र का व्यास 40Mil है, तो हम परजीवी समाई का अनुमान लगा सकते हैं उपरोक्त सूत्र के माध्यम से:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
धारिता के इस भाग के कारण वृद्धि समय परिवर्तन की मात्रा मोटे तौर पर है:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
इन मूल्यों से यह देखा जा सकता है कि यद्यपि एकल थ्रू के परजीवी समाई के कारण वृद्धि विलंब की उपयोगिता बहुत स्पष्ट नहीं है, यदि परतों के बीच स्विच करने के लिए लाइन में कई बार थ्रू का उपयोग किया जाता है, तो एकाधिक छेद का उपयोग किया जाएगा, और डिज़ाइन पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए। वास्तविक डिज़ाइन में, छेद और तांबे के क्षेत्र (एंटी-पैड) के बीच की दूरी बढ़ाकर या पैड के व्यास को कम करके परजीवी समाई को कम किया जा सकता है।
हाई-स्पीड डिजिटल सर्किट के डिजाइन में, परजीवी प्रेरण के कारण होने वाला नुकसान अक्सर परजीवी समाई के प्रभाव से अधिक होता है। इसकी परजीवी श्रृंखला अधिष्ठापन बाईपास संधारित्र के योगदान को कमजोर कर देगा और पूरे बिजली प्रणाली की फ़िल्टरिंग प्रभावशीलता को कमजोर कर देगा।
हम थ्रू-होल सन्निकटन के परजीवी प्रेरण की गणना करने के लिए निम्नलिखित अनुभवजन्य सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
जहां एल थ्रू के प्रेरण को संदर्भित करता है, एच थ्रू की लंबाई है, और डी केंद्रीय छेद का व्यास है। सूत्र से यह देखा जा सकता है कि थ्रू के व्यास का इंडक्शन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, जबकि थ्रू की लंबाई का इंडक्शन पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है। अभी भी उपरोक्त उदाहरण का उपयोग करते हुए, आउट-ऑफ़-होल इंडक्शन की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
एल=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
यदि सिग्नल का उदय समय 1ns है, तो इसका समतुल्य प्रतिबाधा आकार है:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
उच्च-आवृत्ति धारा की उपस्थिति में इस तरह की बाधा को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है, विशेष रूप से, ध्यान दें कि पावर परत और गठन को जोड़ते समय बाईपास संधारित्र को दो छेदों से गुजरना पड़ता है, ताकि छेद के परजीवी अधिष्ठापन को कई गुना बढ़ाया जा सके।
वाया का उपयोग कैसे करें?
छेद की परजीवी विशेषताओं के उपरोक्त विश्लेषण के माध्यम से, हम देख सकते हैं कि हाई-स्पीड पीसीबी डिज़ाइन में, प्रतीत होता है कि साधारण छेद अक्सर सर्किट के डिज़ाइन पर बहुत नकारात्मक प्रभाव लाते हैं। छेद के परजीवी प्रभाव के कारण होने वाले प्रतिकूल प्रभावों को कम करने के लिए, डिज़ाइन यथासंभव इस प्रकार हो सकता है:
लागत और सिग्नल गुणवत्ता के दो पहलुओं में से, थ्रू साइज़ का उचित आकार चुनें। यदि आवश्यक हो, तो आप विभिन्न आकारों के वाया का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं, जैसे कि बिजली की आपूर्ति या ग्राउंड वायर छेद के लिए, आप प्रतिबाधा को कम करने के लिए बड़े आकार का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं, और सिग्नल वायरिंग के लिए, आप एक छोटे वाया का उपयोग कर सकते हैं। बेशक, जैसे-जैसे थ्रू का आकार घटता जाएगा, संबंधित लागत भी बढ़ेगी
ऊपर चर्चा किए गए दो सूत्रों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि पतले पीसीबी बोर्ड का उपयोग वाया के दो परजीवी मापदंडों को कम करने के लिए अनुकूल है।
जहां तक संभव हो पीसीबी बोर्ड पर सिग्नल वायरिंग को नहीं बदलना चाहिए, यानी कोशिश करें कि अनावश्यक वियास का उपयोग न करें।
विअस को बिजली आपूर्ति के पिन और जमीन में ड्रिल किया जाना चाहिए। पिन और विअस के बीच की लीड जितनी कम होगी, उतना बेहतर होगा। समतुल्य प्रेरण को कम करने के लिए समानांतर में कई छेद ड्रिल किए जा सकते हैं।
सिग्नल के लिए निकटतम लूप प्रदान करने के लिए सिग्नल परिवर्तन के थ्रू-होल के पास कुछ ग्राउंडेड थ्रू-होल रखें। आप पीसीबी बोर्ड पर कुछ अतिरिक्त ग्राउंड होल भी रख सकते हैं।
उच्च घनत्व वाले उच्च गति पीसीबी बोर्डों के लिए, आप सूक्ष्म-छिद्रों का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं।