മൾട്ടി-ലെയർ പിസിബിയുടെ പ്രധാന ഘടകങ്ങളിലൊന്നാണ് വിയാ, സാധാരണയായി പിസിബി ബോർഡിൻ്റെ വിലയുടെ 30% മുതൽ 40% വരെ ഡ്രില്ലിംഗിൻ്റെ ചിലവ് വരും. ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, പിസിബിയിലെ എല്ലാ ദ്വാരങ്ങളെയും ഒരു വഴി എന്ന് വിളിക്കാം.
വഴിയുടെ അടിസ്ഥാന ആശയം:
പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, വഴിയെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: ഒന്ന് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഒരു വൈദ്യുത കണക്ഷനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, മറ്റൊന്ന് ഉപകരണത്തിൻ്റെ ഫിക്സിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ പൊസിഷനിംഗ് ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നു. പ്രക്രിയയിൽ നിന്നാണെങ്കിൽ, ഈ ദ്വാരങ്ങളെ സാധാരണയായി മൂന്ന് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു, അതായത് അന്ധമായ ദ്വാരങ്ങൾ, കുഴിച്ചിട്ട ദ്വാരങ്ങൾ, ദ്വാരങ്ങൾ എന്നിവയിലൂടെ.
പ്രിൻ്റ് ചെയ്ത സർക്യൂട്ട് ബോർഡിൻ്റെ മുകളിലും താഴെയുമുള്ള പ്രതലങ്ങളിൽ അന്ധമായ ദ്വാരങ്ങൾ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ ഉപരിതല സർക്യൂട്ടും താഴെയുള്ള ആന്തരിക സർക്യൂട്ടും ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒരു നിശ്ചിത ആഴമുണ്ട്, കൂടാതെ ദ്വാരങ്ങളുടെ ആഴം സാധാരണയായി ഒരു നിശ്ചിത അനുപാതത്തിൽ (അപ്പെർച്ചർ) കവിയരുത്.
അടക്കം ചെയ്ത ദ്വാരം പ്രിൻ്റ് ചെയ്ത സർക്യൂട്ട് ബോർഡിൻ്റെ ആന്തരിക പാളിയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന കണക്ഷൻ ദ്വാരത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അത് ബോർഡിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കില്ല. മേൽപ്പറഞ്ഞ രണ്ട് തരം ദ്വാരങ്ങൾ സർക്യൂട്ട് ബോർഡിൻ്റെ ആന്തരിക പാളിയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, ഇത് ലാമിനേഷനു മുമ്പുള്ള ദ്വാരം മോൾഡിംഗ് പ്രക്രിയയിലൂടെ പൂർത്തിയാകും, കൂടാതെ ദ്വാരത്തിൻ്റെ രൂപീകരണ സമയത്ത് നിരവധി ആന്തരിക പാളികൾ ഓവർലാപ്പ് ചെയ്തേക്കാം.
മൂന്നാമത്തെ തരത്തെ ത്രൂ-ഹോളുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അവ മുഴുവൻ സർക്യൂട്ട് ബോർഡിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു, ഇത് ആന്തരിക പരസ്പരബന്ധം നേടുന്നതിനോ ഘടകങ്ങളുടെ ഇൻസ്റ്റാളേഷൻ പൊസിഷനിംഗ് ഹോളുകളായി ഉപയോഗിക്കാം. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ത്രൂ ഹോൾ നേടുന്നത് എളുപ്പമായതിനാലും ചെലവ് കുറവായതിനാലും, അച്ചടിച്ച സർക്യൂട്ട് ബോർഡുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും മറ്റ് രണ്ട് ദ്വാരങ്ങളിലൂടെയുള്ളതിനേക്കാൾ ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇനിപ്പറയുന്ന ദ്വാരങ്ങൾ, പ്രത്യേക നിർദ്ദേശങ്ങളില്ലാതെ, ദ്വാരങ്ങൾ വഴിയായി കണക്കാക്കുന്നു.
ഒരു ഡിസൈൻ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, a via പ്രധാനമായും രണ്ട് ഭാഗങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, ഒന്ന് ഡ്രെയിലിംഗ് ദ്വാരത്തിൻ്റെ മധ്യഭാഗമാണ്, മറ്റൊന്ന് ഡ്രില്ലിംഗ് ദ്വാരത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള വെൽഡിംഗ് പാഡ് ഏരിയയാണ്. ഈ രണ്ട് ഭാഗങ്ങളുടെയും വലുപ്പം വഴിയുടെ വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്നു.
വ്യക്തമായും, ഹൈ-സ്പീഡ്, ഹൈ-ഡെൻസിറ്റി പിസിബി ഡിസൈനിൽ, ഡിസൈനർമാർ എല്ലായ്പ്പോഴും ദ്വാരം കഴിയുന്നത്ര ചെറുതാക്കാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നു, അതിനാൽ കൂടുതൽ വയറിംഗ് ഇടം അവശേഷിക്കുന്നു, കൂടാതെ, ചെറിയ വിയാ, അതിൻ്റെ സ്വന്തം പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് ചെറുതാണ്, കൂടുതൽ അനുയോജ്യമാണ്. ഹൈ-സ്പീഡ് സർക്യൂട്ടുകൾക്ക്.
എന്നിരുന്നാലും, വഴിയുടെ വലുപ്പം കുറയുന്നത് ചെലവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ ദ്വാരത്തിൻ്റെ വലുപ്പം അനിശ്ചിതമായി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയില്ല, ഇത് ഡ്രില്ലിംഗും ഇലക്ട്രോപ്ലേറ്റിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയും ഉപയോഗിച്ച് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു: ദ്വാരം ചെറുതാണെങ്കിൽ, ഡ്രില്ലിംഗ് കൂടുതൽ സമയമെടുക്കും, അത് എളുപ്പമാണ്. കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കുക എന്നതാണ്; ദ്വാരത്തിൻ്റെ ആഴം ദ്വാരത്തിൻ്റെ വ്യാസത്തിൻ്റെ 6 മടങ്ങ് കൂടുതലാണെങ്കിൽ, ദ്വാരത്തിൻ്റെ മതിൽ ഒരേപോലെ ചെമ്പ് കൊണ്ട് പൂശാൻ കഴിയുമെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ കഴിയില്ല.
ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു സാധാരണ 6-ലെയർ PCB ബോർഡിൻ്റെ കനം (ദ്വാരത്തിൻ്റെ ആഴത്തിലൂടെ) 50Mil ആണെങ്കിൽ, സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ PCB നിർമ്മാതാക്കൾക്ക് നൽകാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഡ്രെയിലിംഗ് വ്യാസം 8Mil മാത്രമേ എത്തുകയുള്ളൂ. ലേസർ ഡ്രെയിലിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികാസത്തോടെ, ഡ്രില്ലിംഗിൻ്റെ വലുപ്പം ചെറുതും ചെറുതും ആകാം, കൂടാതെ ദ്വാരത്തിൻ്റെ വ്യാസം പൊതുവെ 6Mils-നേക്കാൾ കുറവോ തുല്യമോ ആണ്, ഞങ്ങളെ മൈക്രോഹോളുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
എച്ച്ഡിഐ (ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള ഇൻ്റർകണക്ട് ഘടന) രൂപകൽപ്പനയിൽ മൈക്രോഹോളുകൾ പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്, കൂടാതെ മൈക്രോഹോൾ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് പാഡിൽ നേരിട്ട് ദ്വാരം തുരത്താൻ കഴിയും, ഇത് സർക്യൂട്ട് പ്രകടനത്തെ വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും വയറിംഗ് ഇടം ലാഭിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സിഗ്നലിൻ്റെ പ്രതിഫലനത്തിന് കാരണമാകുന്ന ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിലെ ഇംപെഡൻസ് നിർത്തലാക്കുന്നതിൻ്റെ ഒരു ബ്രേക്ക്പോയിൻ്റായി വിയാ ദൃശ്യമാകുന്നു. സാധാരണയായി, ദ്വാരത്തിൻ്റെ തുല്യമായ ഇംപെഡൻസ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിനേക്കാൾ 12% കുറവാണ്, ഉദാഹരണത്തിന്, 50 ഓംസ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിൻ്റെ ഇംപെഡൻസ് ദ്വാരത്തിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ 6 ഓംസ് കുറയും (പ്രത്യേകിച്ച് വഴിയുടെ വലുപ്പം, പ്ലേറ്റ് കനവും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, കേവലമായ കുറവല്ല).
എന്നിരുന്നാലും, ഇംപെഡൻസ് നിർത്തലാക്കൽ മൂലമുണ്ടാകുന്ന പ്രതിഫലനം യഥാർത്ഥത്തിൽ വളരെ ചെറുതാണ്, മാത്രമല്ല അതിൻ്റെ പ്രതിഫലന ഗുണകം:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
വിയായിൽ നിന്ന് ഉണ്ടാകുന്ന പ്രശ്നങ്ങൾ പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെയും ഇൻഡക്റ്റൻസിൻ്റെയും ഫലങ്ങളിൽ കൂടുതൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
പാരാസിറ്റിക് കപ്പാസിറ്റൻസും ഇൻഡക്റ്റൻസും വഴി
വഴിയിൽ തന്നെ ഒരു പരാന്നഭോജിയായ വഴിതെറ്റിയ കപ്പാസിറ്റൻസ് ഉണ്ട്. വെച്ചിരിക്കുന്ന പാളിയിലെ സോൾഡർ റെസിസ്റ്റൻസ് സോണിൻ്റെ വ്യാസം D2 ആണെങ്കിൽ, സോൾഡർ പാഡിൻ്റെ വ്യാസം D1 ആണെങ്കിൽ, PCB ബോർഡിൻ്റെ കനം T ആണ്, സബ്സ്ട്രേറ്റിൻ്റെ വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കം ε ആണെങ്കിൽ, ദ്വാരത്തിലൂടെയുള്ള പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് ഏകദേശം ആണ്:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
സർക്യൂട്ടിലെ പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെ പ്രധാന പ്രഭാവം സിഗ്നലിൻ്റെ ഉദയ സമയം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും സർക്യൂട്ടിൻ്റെ വേഗത കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ്.
ഉദാഹരണത്തിന്, 50Mil കട്ടിയുള്ള ഒരു പിസിബിക്ക്, വഴി പാഡിൻ്റെ വ്യാസം 20Mil ആണെങ്കിൽ (ഡ്രില്ലിംഗ് ദ്വാരത്തിൻ്റെ വ്യാസം 10Mils ആണ്) സോൾഡർ റെസിസ്റ്റൻസ് സോണിൻ്റെ വ്യാസം 40Mil ആണെങ്കിൽ, നമുക്ക് പരാന്നഭോജികളുടെ കപ്പാസിറ്റൻസ് ഏകദേശം കണക്കാക്കാം. മുകളിൽ പറഞ്ഞ ഫോർമുല വഴി:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെ ഈ ഭാഗം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വർദ്ധനവ് സമയ മാറ്റത്തിൻ്റെ അളവ് ഏകദേശം:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
ഒറ്റ വഴിയുടെ പരാദ കപ്പാസിറ്റൻസ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഉയർച്ച കാലതാമസത്തിൻ്റെ പ്രയോജനം വളരെ വ്യക്തമല്ലെങ്കിലും, പാളികൾക്കിടയിൽ മാറുന്നതിന് വിയാ ലൈനിൽ നിരവധി തവണ ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഒന്നിലധികം ദ്വാരങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുമെന്ന് ഈ മൂല്യങ്ങളിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഡിസൈൻ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പരിഗണിക്കണം. യഥാർത്ഥ രൂപകൽപ്പനയിൽ, ദ്വാരവും ചെമ്പ് ഏരിയയും തമ്മിലുള്ള ദൂരം (ആൻ്റി-പാഡ്) വർദ്ധിപ്പിച്ചോ അല്ലെങ്കിൽ പാഡിൻ്റെ വ്യാസം കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെയോ പരാന്നഭോജി കപ്പാസിറ്റൻസ് കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും.
ഹൈ-സ്പീഡ് ഡിജിറ്റൽ സർക്യൂട്ടുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ, പരാന്നഭോജികളുടെ ഇൻഡക്റ്റൻസ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദോഷം പലപ്പോഴും പരാദ കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെ സ്വാധീനത്തേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. ഇതിൻ്റെ പരാന്നഭോജി സീരീസ് ഇൻഡക്ടൻസ് ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്ററിൻ്റെ സംഭാവനയെ ദുർബലപ്പെടുത്തുകയും മുഴുവൻ പവർ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെയും ഫിൽട്ടറിംഗ് ഫലപ്രാപ്തിയെ ദുർബലപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും.
ഒരു ത്രൂ-ഹോൾ ഏകദേശത്തിൻ്റെ പരാന്നഭോജി ഇൻഡക്ടൻസ് കണക്കാക്കാൻ നമുക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന അനുഭവ സൂത്രവാക്യം ഉപയോഗിക്കാം:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
എൽ എന്നത് വഴിയുടെ ഇൻഡക്ടൻസിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നിടത്ത്, h എന്നത് വഴിയുടെ നീളവും d എന്നത് കേന്ദ്ര ദ്വാരത്തിൻ്റെ വ്യാസവുമാണ്. വിയയുടെ വ്യാസം ഇൻഡക്റ്റൻസിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നില്ലെന്ന് ഫോർമുലയിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും, അതേസമയം വിയയുടെ നീളം ഇൻഡക്ടൻസിൽ ഏറ്റവും വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. മേൽപ്പറഞ്ഞ ഉദാഹരണം ഇപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഔട്ട്-ഓഫ്-ഹോൾ ഇൻഡക്ടൻസ് ഇനിപ്പറയുന്നതായി കണക്കാക്കാം:
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
സിഗ്നലിൻ്റെ ഉദയ സമയം 1ns ആണെങ്കിൽ, അതിന് തുല്യമായ ഇംപെഡൻസ് വലുപ്പം ഇതാണ്:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള വൈദ്യുതധാരയുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ അത്തരം ഇംപെഡൻസ് അവഗണിക്കാൻ കഴിയില്ല, പ്രത്യേകിച്ചും, പവർ ലെയറും രൂപീകരണവും ബന്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ ബൈപാസ് കപ്പാസിറ്റർ രണ്ട് ദ്വാരങ്ങളിലൂടെ കടന്നുപോകേണ്ടതുണ്ടെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക, അങ്ങനെ ദ്വാരത്തിൻ്റെ പരാന്നഭോജി ഇൻഡക്ടൻസ് വർദ്ധിപ്പിക്കും.
വഴി എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാം?
ദ്വാരത്തിൻ്റെ പരാന്നഭോജികളുടെ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിശകലനത്തിലൂടെ, ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള പിസിബി രൂപകൽപ്പനയിൽ, ലളിതമായ ദ്വാരങ്ങൾ പലപ്പോഴും സർക്യൂട്ടിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയിൽ വലിയ പ്രതികൂല ഫലങ്ങൾ കൊണ്ടുവരുന്നതായി നമുക്ക് കാണാൻ കഴിയും. ദ്വാരത്തിൻ്റെ പരാന്നഭോജികളുടെ പ്രഭാവം മൂലമുണ്ടാകുന്ന പ്രതികൂല ഫലങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നതിന്, ഡിസൈൻ കഴിയുന്നിടത്തോളം ആകാം:
വിലയുടെയും സിഗ്നൽ ഗുണനിലവാരത്തിൻ്റെയും രണ്ട് വശങ്ങളിൽ നിന്ന്, വലുപ്പത്തിൻ്റെ ന്യായമായ വലുപ്പം തിരഞ്ഞെടുക്കുക. ആവശ്യമെങ്കിൽ, പവർ സപ്ലൈ അല്ലെങ്കിൽ ഗ്രൗണ്ട് വയർ ദ്വാരങ്ങൾ പോലെയുള്ള വ്യത്യസ്ത വലുപ്പത്തിലുള്ള വിയാസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് നിങ്ങൾക്ക് പരിഗണിക്കാം, ഇംപെഡൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് നിങ്ങൾക്ക് വലിയ വലുപ്പം ഉപയോഗിക്കുന്നത് പരിഗണിക്കാം, കൂടാതെ സിഗ്നൽ വയറിംഗിനായി നിങ്ങൾക്ക് ഒരു ചെറിയ വഴി ഉപയോഗിക്കാം. തീർച്ചയായും, വഴിയുടെ വലുപ്പം കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച്, അനുബന്ധ ചെലവും വർദ്ധിക്കും
മുകളിൽ ചർച്ച ചെയ്ത രണ്ട് സൂത്രവാക്യങ്ങൾ കനംകുറഞ്ഞ പിസിബി ബോർഡിൻ്റെ ഉപയോഗം വഴിയുടെ രണ്ട് പരാന്നഭോജി പരാമീറ്ററുകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിന് സഹായകരമാണെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം.
പിസിബി ബോർഡിലെ സിഗ്നൽ വയറിംഗ് കഴിയുന്നത്ര മാറ്റാൻ പാടില്ല, അതായത്, അനാവശ്യ വഴികൾ ഉപയോഗിക്കാതിരിക്കാൻ ശ്രമിക്കുക.
വൈദ്യുതി വിതരണത്തിൻ്റെയും നിലത്തിൻ്റെയും പിന്നുകളിൽ വിയാസ് തുളച്ചുകയറണം. പിന്നുകൾക്കും വിയാസിനും ഇടയിലുള്ള ലീഡ് കുറയുന്നത് നല്ലതാണ്. തുല്യമായ ഇൻഡക്ടൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഒന്നിലധികം ദ്വാരങ്ങൾ സമാന്തരമായി തുരത്താവുന്നതാണ്.
സിഗ്നലിന് ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള ലൂപ്പ് നൽകുന്നതിന് സിഗ്നൽ മാറ്റത്തിൻ്റെ ത്രൂ-ഹോളുകൾക്ക് സമീപം ഗ്രൗണ്ടഡ് ത്രൂ-ഹോളുകൾ സ്ഥാപിക്കുക. നിങ്ങൾക്ക് പിസിബി ബോർഡിൽ ചില അധിക ഗ്രൗണ്ട് ദ്വാരങ്ങൾ സ്ഥാപിക്കാം.
ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള ഉയർന്ന വേഗതയുള്ള പിസിബി ബോർഡുകൾക്കായി, നിങ്ങൾക്ക് മൈക്രോ-ഹോളുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് പരിഗണിക്കാം.