Az átmenő a többrétegű PCB egyik fontos alkotóeleme, és a fúrás költsége általában a NYÁK-lap költségének 30-40%-át teszi ki. Egyszerűen fogalmazva, a PCB-n lévő minden lyuk átmenőnek nevezhető.
A via alapkoncepciója:
Funkció szempontjából a via két kategóriába sorolható: az egyik a rétegek közötti elektromos összeköttetés, a másik a készülék rögzítése vagy pozicionálása. Ha a folyamat során ezeket a lyukakat általában három kategóriába sorolják, nevezetesen zsákfuratok, eltemetett lyukak és átmenő lyukak.
A vakfuratok a nyomtatott áramköri lap felső és alsó felületén helyezkednek el, és bizonyos mélységgel rendelkeznek a felületi áramkör és az alatta lévő belső áramkör csatlakoztatásához, és a lyukak mélysége általában nem halad meg egy bizonyos arányt (nyílás).
Az eltemetett lyuk a nyomtatott áramköri lap belső rétegében található csatlakozólyukat jelenti, amely nem terjed ki a kártya felületére. A fenti kétféle furat az áramköri lap belső rétegében található, amelyet a laminálás előtti átmenőlyuk-öntési eljárás tesz teljessé, és az átmenőlyuk kialakítása során több belső réteg átlapolható.
A harmadik típust átmenőlyukaknak nevezzük, amelyek a teljes áramköri kártyán áthaladnak, és felhasználhatók belső összeköttetések megvalósítására, vagy az alkatrészek telepítési pozicionáló furataiként. Mivel az átmenő lyukat könnyebb elérni a folyamat során, és a költségek alacsonyabbak, a nyomtatott áramköri lapok túlnyomó többsége ezt használja, nem pedig a másik két átmenőlyukat. A következő furatok, külön utasítások nélkül, átmenő furatoknak minősülnek.
Tervezési szempontból a via főként két részből áll, az egyik a fúrólyuk közepe, a másik pedig a hegesztőbetét területe a furat körül. E két rész mérete határozza meg a via méretét.
Nyilván a nagysebességű, nagy sűrűségű NYÁK tervezésnél a tervezők mindig a lehető legkisebb lyukat szeretnék, hogy több vezetékezési hely maradjon, ráadásul minél kisebb a via, a saját parazita kapacitása kisebb, alkalmasabb nagy sebességű áramkörökhöz.
Az átmenő méretének csökkentése azonban költségnövekedést is von maga után, és a furat mérete nem csökkenthető a végtelenségig, ennek határt szab a fúrás és galvanizálás: minél kisebb a furat, minél tovább tart a fúrás, annál könnyebb. el kell térni a középponttól; Ha a furat mélysége több mint 6-szorosa a furat átmérőjének, lehetetlen biztosítani, hogy a furat falát egyenletesen le lehessen vonni rézzel.
Például, ha egy normál 6 rétegű NYÁK lap vastagsága (átmenő furatmélysége) 50 Mil, akkor a minimális fúrási átmérő, amelyet a PCB gyártók normál körülmények között biztosíthatnak, csak a 8 milliót érheti el. A lézeres fúrási technológia fejlődésével a fúrás mérete is egyre kisebb lehet, és a furat átmérője általában kisebb vagy egyenlő, mint 6Mils, mikrolyukaknak nevezzük.
A mikrolyukakat gyakran használják a HDI (high density interconnect structure) tervezésben, és a mikrolyuk-technológia lehetővé teszi a lyuk közvetlen fúrását az alátétre, ami nagymértékben javítja az áramkör teljesítményét, és helyet takarít meg a vezetékek számára. Az átmenet az impedancia szakadás töréspontjaként jelenik meg az átviteli vonalon, ami a jel visszaverődését okozza. Általában a furat egyenértékű impedanciája körülbelül 12%-kal alacsonyabb, mint az átviteli vezetéké, például egy 50 ohmos távvezeték impedanciája 6 ohmmal csökken, amikor áthalad a lyukon (pontosabban az átmenő mérete, a lemezvastagság is összefügg, nem abszolút csökkenés).
A via impedancia folytonossági zavar okozta visszaverődés azonban valójában nagyon kicsi, és a reflexiós együtthatója csak:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
A via-ból adódó problémák inkább a parazita kapacitás és induktivitás hatásaira koncentrálódnak.
Via parazita kapacitása és induktivitása
Magában a via-ban parazita szórt kapacitás van. Ha a lefektetett rétegen a forrasztási ellenállás zóna átmérője D2, a forrasztóbetét átmérője D1, a NYÁK lap vastagsága T, és a hordozó dielektromos állandója ε, az átmenő furat parazita kapacitása körülbelül:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
A parazita kapacitás fő hatása az áramkörre, hogy meghosszabbítja a jel felfutási idejét és csökkenti az áramkör sebességét.
Például egy 50 Mil vastagságú PCB esetén, ha a via pad átmérője 20 Mil (a fúrólyuk átmérője 10 mil), és a forrasztási ellenállás zóna átmérője 40 mil, akkor közelíthetjük a via a fenti képlettel:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31 pF
A kapacitás ezen része által okozott emelkedési idő változás mértéke nagyjából:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Ezekből az értékekből látható, hogy bár az egyetlen via parazita kapacitása által okozott emelkedési késleltetés hasznossága nem túl nyilvánvaló, ha a via-t többször is felhasználjuk a sorban a rétegek közötti váltásra, akkor több lyuk kerül felhasználásra, és a tervezést alaposan meg kell fontolni. A tényleges kialakításban a parazita kapacitás csökkenthető a furat és a réz terület közötti távolság növelésével (Anti-pad) vagy a betét átmérőjének csökkentésével.
A nagy sebességű digitális áramkörök tervezésénél a parazita induktivitás által okozott kár gyakran nagyobb, mint a parazita kapacitás hatása. Parazita soros induktivitása gyengíti a bypass kondenzátor hozzájárulását, és gyengíti az egész energiarendszer szűrési hatékonyságát.
A következő empirikus képlet segítségével egyszerűen kiszámíthatjuk az átmenő lyuk közelítésének parazita induktivitását:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Ahol L az átmenő induktivitására utal, h az átmenő hossza, és d a központi furat átmérője. A képletből látható, hogy az induktivitást csekély mértékben befolyásolja a via átmérője, míg az induktivitást a legnagyobb mértékben a via hossza. A fenti példát használva a lyukon kívüli induktivitás a következőképpen számítható ki:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) + 1] = 1,015 nH
Ha a jel felfutási ideje 1ns, akkor az ekvivalens impedancia mérete:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Ezt az impedanciát nem lehet figyelmen kívül hagyni nagyfrekvenciás átmenő áram jelenlétében, különös tekintettel arra, hogy a bypass kondenzátornak két lyukon kell áthaladnia a tápréteg és a formáció csatlakoztatásakor, hogy a lyuk parazita induktivitása megsokszorozódjon.
Hogyan kell használni a via-t?
A lyuk parazita jellemzőinek fenti elemzésén keresztül láthatjuk, hogy a nagy sebességű PCB-tervezésben az egyszerűnek tűnő lyukak gyakran nagy negatív hatásokat okoznak az áramkör kialakításában. A lyuk parazita hatása által okozott káros hatások csökkentése érdekében a tervezés a lehető legteljesebb:
A költségek és a jelminőség két szempontja közül válasszon egy ésszerű átmenőméretet. Ha szükséges, megfontolhatja a különböző méretű átmenők használatát, például a tápegység vagy a földelővezeték furataihoz, megfontolhatja a nagyobb méret használatát az impedancia csökkentése érdekében, a jelkábelezéshez pedig egy kisebb átmenőt. Természetesen a via méretének csökkenésével a megfelelő költség is nő
A fent tárgyalt két képlet arra a következtetésre juthat, hogy a vékonyabb PCB kártya használata elősegíti a via két parazita paraméterének csökkentését.
A NYÁK kártyán a jelkábelezést lehetőleg ne változtassuk meg, azaz ne használjunk felesleges átvezetéseket.
Az átjárókat a tápegység csapjaiba és a földbe kell fúrni. Minél rövidebb a vezeték a tűk és az átmenetek között, annál jobb. Az egyenértékű induktivitás csökkentése érdekében párhuzamosan több furat is fúrható.
Helyezzen néhány földelt átmenő lyukat a jelcsere átmenőnyílásai közelébe, hogy biztosítsa a legközelebbi hurkot a jel számára. Még néhány felesleges földelési lyukat is elhelyezhet a nyomtatott áramköri lapon.
A nagy sűrűségű, nagy sebességű nyomtatott áramköri lapoknál megfontolhatja a mikrolyukak használatát.