VIT ir viena no svarīgākajām daudzslāņu PCB sastāvdaļām, un urbšanas izmaksas parasti veido 30% līdz 40% no PCB plates izmaksām. Vienkārši sakot, katru PCB caurumu var saukt par via.
VIP pamatkoncepcija:
No funkcijas viedokļa VIA var iedalīt divās kategorijās: vienu tiek izmantots kā elektriskais savienojums starp slāņiem, bet otrs tiek izmantots kā ierīces stiprināšana vai novietošana. Ja no procesa, šie caurumi parasti tiek sadalīti trīs kategorijās, proti, aklos caurumos, apraktos caurumus un caur caurumiem.
Akli caurumi atrodas uz drukātās ķēdes plates augšējās un apakšējās virsmas, un tiem ir noteikts dziļums virsmas ķēdes savienošanai un zemāk esošajai iekšējai shēmai, un caurumu dziļums parasti nepārsniedz noteiktu attiecību (atvērums).
Apbedītais caurums attiecas uz savienojuma caurumu, kas atrodas drukātās shēmas plates iekšējā slānī, kas neattiecas uz dēļa virsmu. Iepriekš minētie divu veidu caurumi atrodas ķēdes plates iekšējā slānī, ko pirms laminēšanas pabeigšanas pabeigšanas caurumu veidošanas procesā, un cauruma veidošanās laikā var pārklāties ar vairākiem iekšējiem slāņiem.
Trešais tips tiek izsaukts caur caurumiem, kas iziet cauri visai shēmas platei un kuru var izmantot, lai panāktu iekšēju savienojumu vai kā komponentu uzstādīšanas pozicionēšanas caurumus. Tā kā caurumu ir vieglāk sasniegt procesā un izmaksas ir zemākas, vairums drukāto shēmu plates to izmanto, nevis pārējos divus caur caurumiem. Šie caurumi bez īpašiem norādījumiem tiek uzskatīti par caurumiem.
No dizaina viedokļa A Via galvenokārt sastāv no divām daļām, viena ir urbšanas cauruma vidus, bet otra ir metināšanas spilventiņa zona ap urbšanas caurumu. Šo divu daļu lielums nosaka VIA lielumu.
Acīmredzot ātrgaitas, augsta blīvuma PCB dizainā dizaineri vienmēr vēlas pēc iespējas mazāku caurumu, lai vairāk elektroinstalācijas telpas varētu atstāt turklāt, jo mazāka VIA, tā parazīta kapacitāte ir mazāka, piemērotāka ātrgaitas shēmām.
Tomēr, samazinot lieluma lielumu, tiek palielināta izmaksu pieaugums, un cauruma lielumu nevar samazināt uz nenoteiktu laiku, to ierobežo urbšanas un galvanizācijas tehnoloģija: jo mazāks caurums, jo ilgāk urbšana notiek, jo vieglāk ir novirzīties no centra; Ja cauruma dziļums ir vairāk nekā 6 reizes lielāks par cauruma diametru, nav iespējams nodrošināt, ka cauruma sienu var vienmērīgi pārklāt ar varu.
Piemēram, ja normāla 6 slāņu PCB plates biezums (caur cauruma dziļumu) ir 50 mil, tad minimālais urbšanas diametrs, ko PCB ražotāji var nodrošināt normālos apstākļos, var sasniegt tikai 8 miljonus. Izstrādājot lāzera urbšanas tehnoloģiju, urbšanas lielums var būt arī mazāks un mazāks, un cauruma diametrs parasti ir mazāks vai vienāds ar 6 miljoniem, mūs sauc par mikroholēm.
Mikroholes bieži izmanto HDI (augsta blīvuma starpsavienojuma struktūra) dizainā, un mikrohole tehnoloģija var ļaut caurumu tieši urbt uz spilventiņa, kas ievērojami uzlabo ķēdes veiktspēju un ietaupa elektroinstalācijas vietu. VIT parādās kā pretestības pārtraukuma pārtraukuma punkts pārvades līnijā, izraisot signāla atspoguļojumu. Parasti cauruma ekvivalenta pretestība ir par aptuveni 12% zemāka nekā pārvades līnija, piemēram, 50 omi pārvades līnijas pretestība tiks samazināta par 6 omi, kad tā iziet caur caurumu (konkrēti un ar VIA izmēru, plāksnes biezums ir arī saistīts, nevis absolūts samazinājums).
Tomēr refleksija, ko izraisa pretestības pārtraukums, faktiski ir ļoti mazs, un tās atstarošanas koeficients ir tikai:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problēmas, kas rodas no VIT, ir vairāk koncentrētas uz parazītu kapacitātes un induktivitātes ietekmi.
Via parazītu kapacitāte un induktivitāte
Pats caurumā ir parazītu klaiņojoša kapacitāte. Ja lodēšanas pretestības zonas diametrs uz klāta slāņa ir D2, lodēšanas spilventiņa diametrs ir D1, PCB plates biezums ir t, un substrāta dielektriskā konstante ir ε, cauruma parazītu kapacitāte ir aptuveni:
C = 1,41εtd1/(d2-d1)
Parazītu kapacitātes galvenā ietekme uz ķēdi ir pagarināt signāla pieauguma laiku un samazināt ķēdes ātrumu.
Piemēram, ja PCB ar biezumu ir 50 mil, ja Via spilventiņa diametrs ir 20 mil (urbšanas cauruma diametrs ir 10 miljoni) un lodēšanas pretestības zonas diametrs ir 40 miljoni, pēc tam mēs varam tuvināt parazītu kapacitāti, kas redzama ar iepriekšējo formulu:
C = 1,41x4.4x0.050x0.020/(0,040-0,020) = 0,31pf
Aptuveni ir aptuveni pieauguma laika maiņa, ko izraisa šī kapacitātes daļa:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05PS
No šīm vērtībām var redzēt, ka, kaut arī pieauguma kavēšanās lietderība, ko izraisa viena VIA parazītu kapacitāte, nav īpaši acīmredzama, ja VIT vairākas reizes izmanto līnijā, lai pārslēgtos starp slāņiem, tiks izmantoti vairāki caurumi, un dizains ir rūpīgi jāņem vērā. Faktiskā dizainā parazītu kapacitāti var samazināt, palielinot attālumu starp caurumu un vara zonu (anti-Pad) vai samazinot spilventiņa diametru.
Ātrgaitas digitālo shēmu projektēšanā parazītu induktivitātes radītais kaitējums bieži ir lielāks nekā parazītu kapacitātes ietekme. Tās parazītu sērijas induktivitāte vājinās apvedceļa kondensatora ieguldījumu un vājinās visas energosistēmas filtrēšanas efektivitāti.
Mēs varam izmantot šādu empīrisko formulu, lai vienkārši aprēķinātu caurumu tuvināšanas parazītu induktivitāti:
L = 5,08h [ln (4H/d) +1]
Kur l attiecas uz VIA induktivitāti, H ir VIA garums un D ir centrālā cauruma diametrs. No formulas var redzēt, ka VIA diametrā ir maza ietekme uz induktivitāti, savukārt VIA garumam ir vislielākā ietekme uz induktivitāti. Joprojām izmantojot iepriekš minēto piemēru, ārpus cauruma induktivitāti var aprēķināt šādi:
L = 5,08x0.050 [ln (4x0,050/0,010) +1] = 1,015nh
Ja signāla pieauguma laiks ir 1, tad tā ekvivalentais pretestības lielums ir:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Šādu pretestību nevar ignorēt augstfrekvences strāvas klātbūtnē, it īpaši, ņemiet vērā, ka apvedceļa kondensatoram, savienojot jaudas slāni un veidošanos, ir jāiet cauri diviem caurumiem, lai cauruma parazītu induktivitāte tiktu reizināta.
Kā izmantot VIA?
Iepriekš minēto cauruma parazītu īpašību analīzē mēs redzam, ka ātrgaitas PCB dizainā šķietami vienkārši caurumi bieži rada lielas negatīvas ietekmes ķēdes projektēšanā. Lai samazinātu nelabvēlīgo iedarbību, ko izraisa cauruma parazītu efekts, dizains var būt pēc iespējas vairāk:
No diviem izmaksu un signāla kvalitātes aspektiem izvēlieties saprātīgu lieluma lielumu. Ja nepieciešams, varat apsvērt iespēju izmantot dažāda lieluma VIA, piemēram, barošanas avotiem vai zemes stieples caurumiem, varat apsvērt iespēju izmantot lielāku izmēru, lai samazinātu pretestību, un signāla vadiem varat izmantot mazāku. Protams, palielinoties arī caurlaidības lielumam, palielināsies arī atbilstošās izmaksas
Divas iepriekš apskatītās formulas var secināt, ka plānākas PCB plates izmantošana veicina VIA divu parazītu parametru samazināšanu
Signāla elektroinstalācija PCB platē nav jāmaina pēc iespējas vairāk, tas ir, mēģiniet neizmantot nevajadzīgas vias.
Vias ir jāizurbj barošanas avota un zemes tapas. Jo īsāks pārsvars starp tapām un vias, jo labāk. Paralēli var urbt vairākus caurumus, lai samazinātu līdzvērtīgu induktivitāti.
Novietojiet dažus iezemētus caurumus netālu no signāla maiņas caurumiem, lai nodrošinātu tuvāko signāla cilpu. Jūs pat varat novietot dažus liekos zemes caurumus uz PCB dēļa.
Ātrgaitas PCB dēļiem ar augstu blīvumu varat apsvērt mikro caurumus.