Caurlaide ir viena no svarīgākajām daudzslāņu PCB sastāvdaļām, un urbšanas izmaksas parasti veido 30% līdz 40% no PCB plātnes izmaksām. Vienkārši sakot, katru PCB caurumu var saukt par caurumu.
Via pamatkoncepcija:
No funkcijas viedokļa cauri var iedalīt divās kategorijās: vienu izmanto kā elektrisko savienojumu starp slāņiem, bet otru izmanto kā ierīces fiksāciju vai pozicionēšanu. Ja procesa rezultātā šie caurumi parasti tiek iedalīti trīs kategorijās, proti, aklie caurumi, ierakti caurumi un caurumi.
Aklie caurumi atrodas uz iespiedshēmas plates augšējās un apakšējās virsmas, un tiem ir noteikts dziļums virsmas ķēdes un zemāk esošās iekšējās ķēdes savienojumam, un caurumu dziļums parasti nepārsniedz noteiktu attiecību (apertūra).
Ieraktais caurums attiecas uz savienojuma caurumu, kas atrodas iespiedshēmas plates iekšējā slānī, kas nesniedzas līdz plates virsmai. Iepriekš minētie divu veidu caurumi atrodas shēmas plates iekšējā slānī, ko pirms laminēšanas pabeidz caurumu formēšanas process, un, veidojot caurumu, var tikt pārklāti vairāki iekšējie slāņi.
Trešo veidu sauc par caurumiem, kas iet cauri visai shēmas platei un var tikt izmantoti, lai panāktu iekšējo savienojumu vai kā komponentu uzstādīšanas pozicionēšanas atveres. Tā kā procesā ir vieglāk iegūt caurumu un izmaksas ir zemākas, lielākā daļa iespiedshēmu plates izmanto to, nevis pārējos divus caurumus. Tālāk norādītie caurumi bez īpašiem norādījumiem tiek uzskatīti par caurumiem.
No konstrukcijas viedokļa caurums galvenokārt sastāv no divām daļām, viena ir urbuma vidusdaļa, bet otra ir metināšanas paliktņa laukums ap urbuma caurumu. Šo divu daļu izmērs nosaka cauruma lielumu.
Acīmredzot ātrgaitas, augsta blīvuma PCB dizainā dizaineri vienmēr vēlas, lai caurums būtu pēc iespējas mazāks, lai varētu atstāt vairāk vietas elektroinstalācijā, turklāt, jo mazāka ir caureja, tā paša parazitārā kapacitāte ir mazāka, piemērotāka ātrgaitas ķēdēm.
Tomēr caurumu izmēra samazināšana rada arī izmaksu pieaugumu, un urbuma izmēru nevar samazināt bezgalīgi, to ierobežo urbšanas un galvanizācijas tehnoloģija: jo mazāks ir urbums, jo ilgāks laiks ir urbšana, jo vieglāk. ir novirzīties no centra; Ja urbuma dziļums ir vairāk nekā 6 reizes lielāks par urbuma diametru, nav iespējams nodrošināt, lai cauruma siena būtu vienmērīgi pārklāta ar varu.
Piemēram, ja parastas 6 slāņu PCB plāksnes biezums (caururbuma dziļums) ir 50 miljoni, tad minimālais urbuma diametrs, ko PCB ražotāji var nodrošināt normālos apstākļos, var sasniegt tikai 8 miljonus. Attīstoties lāzera urbšanas tehnoloģijai, urbuma izmērs var būt arī mazāks un mazāks, un urbuma diametrs parasti ir mazāks vai vienāds ar 6 miliem, mūs sauc par mikrocaurumiem.
Mikrocaurumi bieži tiek izmantoti HDI (augsta blīvuma starpsavienojumu struktūras) projektēšanā, un mikrocaurumu tehnoloģija var ļaut urbumu tieši izurbt uz paliktņa, kas ievērojami uzlabo ķēdes veiktspēju un ietaupa elektroinstalācijas vietu. Caurule parādās kā pretestības pārtraukuma punkts pārvades līnijā, izraisot signāla atstarošanu. Parasti cauruma ekvivalentā pretestība ir par aptuveni 12% zemāka nekā pārvades līnijai, piemēram, 50 omu pārvades līnijas pretestība tiks samazināta par 6 omiem, kad tā iet cauri caurumam (konkrēti un caurejas izmērs, arī plāksnes biezums ir saistīts, nevis absolūts samazinājums).
Tomēr atstarojums, ko izraisa pretestības pārtraukums cauri, patiesībā ir ļoti mazs, un tā atstarošanas koeficients ir tikai:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problēmas, kas rodas no caurlaides, ir vairāk koncentrētas uz parazitārās kapacitātes un induktivitātes ietekmi.
Via parazitārā kapacitāte un induktivitāte
Pašā caurumā ir parazītiska izkliedēta kapacitāte. Ja lodēšanas pretestības zonas diametrs uz ieklātā slāņa ir D2, lodēšanas paliktņa diametrs ir D1, PCB plāksnes biezums ir T un substrāta dielektriskā konstante ir ε, caurejas cauruma parazitārā kapacitāte. ir aptuveni:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Parazītiskās kapacitātes galvenā ietekme uz ķēdi ir signāla pieauguma laika pagarināšana un ķēdes ātruma samazināšana.
Piemēram, PCB ar biezumu 50 mili, ja cauruļu spilventiņa diametrs ir 20 mili (urbuma diametrs ir 10 mili) un lodēšanas pretestības zonas diametrs ir 40 mili, tad mēs varam aptuveni aprēķināt izmantojot iepriekš minēto formulu:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31 pF
Šīs kapacitātes daļas izraisītā pieauguma laika izmaiņu apjoms ir aptuveni:
T10-90 = 2,2 C (Z0/2) = 2,2 x 0,31 x (50/2) = 17,05 ps
No šīm vērtībām var redzēt, ka, lai gan viena cauruma parazitārās kapacitātes izraisītās pieauguma aizkaves lietderība nav īpaši acīmredzama, ja caure tiek izmantota vairākas reizes līnijā, lai pārslēgtos starp slāņiem, tiks izmantoti vairāki caurumi, un dizains ir rūpīgi jāapsver. Faktiskajā dizainā parazītisko kapacitāti var samazināt, palielinot attālumu starp caurumu un vara laukumu (Anti-pad) vai samazinot spilventiņa diametru.
Ātrgaitas digitālo ķēžu projektēšanā parazītiskās induktivitātes radītais kaitējums bieži vien ir lielāks nekā parazitārās kapacitātes ietekme. Tā parazitārā virknes induktivitāte vājinās apvada kondensatora ieguldījumu un vājinās visas energosistēmas filtrēšanas efektivitāti.
Mēs varam izmantot šādu empīrisko formulu, lai vienkārši aprēķinātu cauruma tuvinājuma parazitāro induktivitāti:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Kur L attiecas uz cauruma induktivitāti, h ir cauruma garums un d ir centrālā cauruma diametrs. No formulas var redzēt, ka caurejas diametram ir maza ietekme uz induktivitāti, savukārt caurejas garumam ir vislielākā ietekme uz induktivitāti. Joprojām izmantojot iepriekš minēto piemēru, induktivitāti ārpus cauruma var aprēķināt šādi:
L = 5,08x0,050 [ln (4x0,050/0,010) + 1] = 1,015 nH
Ja signāla pieauguma laiks ir 1ns, tad tā ekvivalentais pretestības lielums ir:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Šādu pretestību nevar ignorēt augstfrekvences strāvas klātbūtnē, jo īpaši, ņemiet vērā, ka, savienojot strāvas slāni un veidojumu, apvada kondensatoram ir jāiziet cauri diviem caurumiem, lai cauruma parazitārā induktivitāte tiktu reizināta.
Kā lietot via?
Izmantojot iepriekš minēto cauruma parazitāro īpašību analīzi, mēs varam redzēt, ka ātrgaitas PCB dizainā šķietami vienkārši caurumi bieži rada lielu negatīvu ietekmi uz ķēdes dizainu. Lai samazinātu urbuma parazitārās ietekmes radīto negatīvo ietekmi, pēc iespējas var būt dizains:
No diviem izmaksu un signāla kvalitātes aspektiem izvēlieties saprātīgu caurlaides izmēru. Ja nepieciešams, varat apsvērt iespēju izmantot dažāda izmēra caurumus, piemēram, strāvas padeves vai zemējuma vadu caurumiem, varat apsvērt iespēju izmantot lielāku izmēru, lai samazinātu pretestību, un signāla vadiem varat izmantot mazāku caurumu. Protams, samazinoties via izmēram, pieaugs arī attiecīgās izmaksas
No abām iepriekš apskatītajām formulām var secināt, ka plānākas PCB plātnes izmantošana veicina divu cauruļu parazītisko parametru samazināšanos.
Signāla vadu uz PCB plates nevajadzētu pēc iespējas mainīt, tas ir, mēģiniet neizmantot nevajadzīgas caurejas.
Vias ir jāieurbj barošanas avota tapās un zemē. Jo īsāks vads starp tapām un caurumiem, jo labāk. Paralēli var urbt vairākus caurumus, lai samazinātu līdzvērtīgo induktivitāti.
Novietojiet dažus iezemētus caurumus pie signāla maiņas caurumiem, lai nodrošinātu tuvāko cilpu signālam. Jūs pat varat ievietot dažus liekos zemes caurumus uz PCB plates.
Ātrgaitas PCB plāksnēm ar lielu blīvumu varat apsvērt mikrocauruļu izmantošanu.