VIA è uno dei componenti importanti del PCB multistrato e il costo della perforazione di solito rappresenta il 30% al 40% del costo della scheda PCB. In poche parole, ogni foro sul PCB può essere chiamato VIA.
Il concetto di base del via:
Dal punto di vista della funzione, la VIA può essere divisa in due categorie: una viene utilizzata come connessione elettrica tra gli strati e l'altro viene utilizzato come fissaggio o posizionamento del dispositivo. Se dal processo, questi buchi sono generalmente divisi in tre categorie, vale a dire buchi ciechi, buchi sepolti e attraverso buchi.
I fori ciechi si trovano sulle superfici superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità per il collegamento del circuito di superficie e il circuito interno sotto e la profondità dei fori di solito non supera un determinato rapporto (apertura).
Il foro sepolto si riferisce al foro di connessione situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie della scheda. I due tipi di cui sopra si trovano nello strato interno del circuito, che è completato dal processo di stampaggio del foro attraverso la laminazione e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione del foro attraverso.
Il terzo tipo viene chiamato foro, che passano attraverso l'intero circuito e può essere utilizzato per ottenere l'interconnessione interna o come fori di posizionamento dell'installazione per i componenti. Poiché il foro attraverso è più facile da raggiungere nel processo e il costo è inferiore, la stragrande maggioranza delle schede dei circuiti stampati lo utilizza, piuttosto che gli altri due attraverso i fori. I seguenti buchi, senza istruzioni speciali, sono considerati attraverso i buchi.
Da un punto di vista di progettazione, un VIA è principalmente composto da due parti, una è il centro del foro di perforazione e l'altro è l'area della saldatura intorno al foro di perforazione. La dimensione di queste due parti determina la dimensione di Via.
Ovviamente, nel design del PCB ad alta densità ad alta velocità, i progettisti vogliono sempre il foro il più piccolo possibile, in modo che possa essere lasciato più spazio di cablaggio Per circuiti ad alta velocità.
Tuttavia, la riduzione della dimensione Via porta anche un aumento dei costi e le dimensioni del foro non possono essere ridotte indefinitamente, è limitata dalla perforazione e dalla tecnologia di elettro -elettorale: più piccolo è il foro, più a lungo la perforazione, più è più facile è deviare dal centro; Quando la profondità del foro è più di 6 volte il diametro del foro, è impossibile assicurarsi che la parete del foro possa essere uniformemente placcata con rame.
Ad esempio, se lo spessore (attraverso la profondità del foro) di una normale scheda PCB a 6 strati è 50 mil, il diametro minimo di perforazione che i produttori di PCB possono fornire in condizioni normali può raggiungere solo 8mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, le dimensioni della perforazione possono anche essere sempre più piccole e il diametro del foro è generalmente inferiore o uguale a 6mils, siamo chiamati microholi.
I microholi sono spesso utilizzati nel design HDI (struttura di interconnessione ad alta densità) e la tecnologia di microhole può consentire di perforare direttamente il foro sul pad, il che migliora notevolmente le prestazioni del circuito e risparmia lo spazio di cablaggio. La Via appare come un punto di interruzione della discontinuità dell'impedenza sulla linea di trasmissione, causando un riflesso del segnale. Generalmente, l'impedenza equivalente del foro è inferiore di circa il 12% rispetto alla linea di trasmissione, ad esempio, l'impedenza di una linea di trasmissione di 50 ohm sarà ridotta di 6 ohm quando passa attraverso il foro (in particolare e le dimensioni della Via, Anche lo spessore della piastra è correlato, non una riduzione assoluta).
Tuttavia, la riflessione causata dalla discontinuità dell'impedenza è in realtà molto piccola e il suo coefficiente di riflessione è solo:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
I problemi derivanti dalla VIA sono più concentrati sugli effetti della capacità parassita e dell'induttanza.
Via di capacità parassita e induttanza
C'è una capacità di randagio parassita nella Via stessa. Se il diametro della zona di resistenza alla saldatura sullo strato posato è D2, il diametro del cuscinetto di saldatura è D1, lo spessore della scheda PCB è t e la costante dielettrica del substrato è ε, la capacità parassita è approssimativamente:
C = 1.41εtd1/(D2-D1)
L'effetto principale della capacità parassita sul circuito è di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito.
Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50 mil, se il diametro del pad via è 20 mil (il diametro del foro di perforazione è di 10 mil) e il diametro della zona di resistenza alla saldatura è 40 mil, quindi possiamo approssimare la capacità parassita di Via dalla formula sopra:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
La quantità di cambio di tempo di aumento causato da questa parte della capacità è approssimativamente:
T10-90 = 2.2C (z0/2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
Da questi valori si può vedere che sebbene se l'utilità del ritardo di aumento causato dalla capacità parassita di un singolo VIA non sia molto evidente, se la VIA viene utilizzata più volte nella linea per passare da un livello, verranno usati più fori, e il design dovrebbe essere attentamente considerato. Nel design reale, la capacità parassita può essere ridotta aumentando la distanza tra il foro e l'area del rame (anti-pad) o riducendo il diametro del pad.
Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassita è spesso maggiore dell'influenza della capacità parassita. La sua induttanza della serie parassita indebolirà il contributo del condensatore di bypass e indebolirà l'efficacia di filtraggio dell'intero sistema di alimentazione.
Possiamo usare la seguente formula empirica per calcolare semplicemente l'induttanza parassita di un'approssimazione a foro attraverso:
L = 5,08H [LN (4H/D) +1]
Dove L si riferisce all'induttanza di Via, H è la lunghezza del via e D è il diametro del foro centrale. Dalla formula si può vedere che il diametro della Via ha poca influenza sull'induttanza, mentre la lunghezza della Via ha la maggiore influenza sull'induttanza. Ancora usando l'esempio sopra, l'induttanza fuori dal buco può essere calcolata come:
L = 5.08x0.050 [LN (4x0.050/0.010) +1] = 1.015NH
Se il tempo di ascesa del segnale è 1ns, la sua dimensione di impedenza equivalente è:
XL = πl/T10-90 = 3.19Ω
Tale impedenza non può essere ignorata in presenza di corrente ad alta frequenza attraverso, in particolare, si noti che il condensatore di bypass deve passare attraverso due fori quando si collega lo strato di potenza e la formazione, in modo che l'induttanza parassita del buco venga moltiplicata.
Come usare il VIA?
Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie del buco, possiamo vedere che nel design del PCB ad alta velocità, i fori apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dall'effetto parassita del foro, il design può essere il più possibile:
Dai due aspetti del costo e della qualità del segnale, scegli una dimensione ragionevole della dimensione via. Se necessario, è possibile prendere in considerazione l'uso di diverse dimensioni di VIA, ad esempio per l'alimentazione o i fori del filo di terra, è possibile prendere in considerazione l'uso di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza e per il cablaggio del segnale, è possibile utilizzare un più piccolo via. Naturalmente, poiché le dimensioni delle diminuzioni via, il costo corrispondente aumenterà anche
Le due formule discusse sopra si possono concludere che l'uso di una scheda PCB più sottile è favorevole a ridurre i due parassiti dei parassiti del VIA
Il cablaggio del segnale sulla scheda PCB non dovrebbe essere modificato il più possibile, vale a dire, cercare di non utilizzare VIA inutili.
Vias deve essere perforato nei perni dell'alimentazione e del terreno. Più corto è il piombo tra i pin e i Vias, meglio è. Più fori possono essere perforati in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.
Posizionare alcuni fori attraverso i fori attraverso i fori del segnale per fornire il ciclo più vicino per il segnale. Puoi persino posizionare alcuni fori di terra in eccesso sulla scheda PCB.
Per schede PCB ad alta velocità con alta densità, è possibile prendere in considerazione l'uso di micro-buchi.