De via is een van de belangrijke componenten van meerlaagse PCB's en de boorkosten bedragen gewoonlijk 30% tot 40% van de kosten van printplaten.Simpel gezegd kan elk gat op de printplaat een via worden genoemd.
Het basisconcept van de via:
Vanuit functioneel oogpunt kan de via in twee categorieën worden verdeeld: de ene wordt gebruikt als elektrische verbinding tussen de lagen en de andere wordt gebruikt als bevestiging of positionering van het apparaat.Als gevolg van het proces worden deze gaten over het algemeen verdeeld in drie categorieën, namelijk blinde gaten, ondergrondse gaten en doorlopende gaten.
Blinde gaten bevinden zich aan de boven- en onderkant van de printplaat en hebben een bepaalde diepte voor de verbinding van het oppervlaktecircuit en het onderliggende circuit, en de diepte van de gaten overschrijdt meestal een bepaalde verhouding (opening) niet.
Het begraven gat verwijst naar het verbindingsgat in de binnenste laag van de printplaat, dat zich niet uitstrekt tot het oppervlak van de plaat.De bovengenoemde twee soorten gaten bevinden zich in de binnenste laag van de printplaat, die wordt voltooid door het gietproces van doorlopende gaten vóór het lamineren, en verschillende binnenlagen kunnen elkaar overlappen tijdens de vorming van het doorlopende gat.
Het derde type wordt doorvoergaten genoemd, die door de gehele printplaat gaan en kunnen worden gebruikt om interne verbindingen te realiseren of als installatiepositioneringsgaten voor componenten.Omdat het doorgaande gat gemakkelijker te realiseren is in het proces en de kosten lager zijn, gebruikt de overgrote meerderheid van de printplaten dit, in plaats van de andere twee doorlopende gaten.De volgende gaten worden, zonder speciale instructies, beschouwd als doorlopende gaten.
Vanuit ontwerpoogpunt bestaat een via hoofdzakelijk uit twee delen: het ene is het midden van het boorgat en het andere is het laspadgebied rond het boorgat.De grootte van deze twee delen bepaalt de grootte van de via.
Het is duidelijk dat de ontwerpers bij PCB-ontwerp met hoge snelheid en hoge dichtheid altijd het gat zo klein mogelijk willen hebben, zodat er meer bedradingsruimte overblijft. Bovendien: hoe kleiner de via, de eigen parasitaire capaciteit is kleiner, geschikter voor hogesnelheidscircuits.
De verkleining van de via-grootte brengt echter ook een stijging van de kosten met zich mee, en de grootte van het gat kan niet voor onbepaalde tijd worden verkleind. Het wordt beperkt door boor- en galvaniseertechnologie: hoe kleiner het gat, hoe langer het boren duurt, hoe gemakkelijker het is. is afwijken van het centrum;Wanneer de diepte van het gat meer dan zes keer de diameter van het gat bedraagt, is het onmogelijk om ervoor te zorgen dat de wand van het gat gelijkmatig met koper kan worden bedekt.
Als de dikte (doorvoerdiepte) van een normale 6-laags printplaat bijvoorbeeld 50 mil is, dan kan de minimale boordiameter die PCB-fabrikanten onder normale omstandigheden kunnen leveren slechts 8 mil bereiken.Met de ontwikkeling van laserboortechnologie kan de grootte van het boren ook steeds kleiner worden, en de diameter van het gat is over het algemeen kleiner dan of gelijk aan 6 Mils, we worden microgaten genoemd.
Microholes worden vaak gebruikt in HDI-ontwerpen (High Density Interconnect Structure), en met microhole-technologie kan het gat direct op de pad worden geboord, wat de circuitprestaties aanzienlijk verbetert en bedradingsruimte bespaart.De via verschijnt als een breekpunt van impedantiediscontinuïteit op de transmissielijn, waardoor een reflectie van het signaal ontstaat.Over het algemeen is de equivalente impedantie van het gat ongeveer 12% lager dan die van de transmissielijn. De impedantie van een transmissielijn van 50 ohm zal bijvoorbeeld met 6 ohm worden verminderd wanneer deze door het gat gaat (met name en de grootte van de via, de plaatdikte is ook gerelateerd, geen absolute reductie).
De reflectie veroorzaakt door de impedantiediscontinuïteit via is echter in feite erg klein, en de reflectiecoëfficiënt is slechts:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
De problemen die voortvloeien uit de via zijn meer geconcentreerd op de effecten van parasitaire capaciteit en inductie.
Via's parasitaire capaciteit en inductie
Er is een parasitaire parasitaire capaciteit in de via zelf.Als de diameter van de soldeerweerstandszone op de gelegde laag D2 is, is de diameter van het soldeerkussen D1, de dikte van de printplaat is T en de diëlektrische constante van het substraat is ε, de parasitaire capaciteit van het doorgaande gat is ongeveer:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Het belangrijkste effect van de parasitaire capaciteit op het circuit is het verlengen van de stijgtijd van het signaal en het verlagen van de snelheid van het circuit.
Als voor een PCB met een dikte van 50 Mil bijvoorbeeld de diameter van het via-pad 20 Mil is (de diameter van het boorgat is 10 Mil) en de diameter van de soldeerweerstandszone 40 Mil is, dan kunnen we de parasitaire capaciteit van de via met de bovenstaande formule:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
De hoeveelheid verandering in de stijgtijd veroorzaakt door dit deel van de capaciteit is grofweg:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Uit deze waarden blijkt dat, hoewel het nut van de stijgvertraging veroorzaakt door de parasitaire capaciteit van een enkele via niet erg duidelijk is, er meerdere gaten zullen worden gebruikt als de via meerdere keren in de lijn wordt gebruikt om tussen lagen te schakelen. en het ontwerp moet zorgvuldig worden overwogen.In het eigenlijke ontwerp kan de parasitaire capaciteit worden verminderd door de afstand tussen het gat en het kopergebied te vergroten (Anti-pad) of door de diameter van de pad te verkleinen.
Bij het ontwerpen van snelle digitale circuits is de schade veroorzaakt door de parasitaire inductie vaak groter dan de invloed van de parasitaire capaciteit.De parasitaire serie-inductie zal de bijdrage van de bypass-condensator verzwakken en de filtereffectiviteit van het hele energiesysteem verzwakken.
We kunnen de volgende empirische formule gebruiken om eenvoudig de parasitaire inductantie van een through-hole-benadering te berekenen:
L=5,08u[ln(4u/d)+1]
Waar L verwijst naar de inductie van via, h is de lengte van via en d is de diameter van het centrale gat.Uit de formule blijkt dat de diameter van de via weinig invloed heeft op de inductantie, terwijl de lengte van de via de grootste invloed heeft op de inductantie.Nog steeds met behulp van het bovenstaande voorbeeld kan de inductantie buiten het gat worden berekend als:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Als de stijgtijd van het signaal 1ns is, dan is de equivalente impedantiegrootte:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Een dergelijke impedantie kan niet worden genegeerd in de aanwezigheid van hoogfrequente stroom. Merk in het bijzonder op dat de bypass-condensator door twee gaten moet gaan bij het verbinden van de vermogenslaag en de formatie, zodat de parasitaire inductantie van het gat zal worden vermenigvuldigd.
Hoe gebruik je de via?
Door de bovenstaande analyse van de parasitaire eigenschappen van het gat kunnen we zien dat bij snelle PCB-ontwerpen ogenschijnlijk eenvoudige gaten vaak grote negatieve effecten hebben op het ontwerp van het circuit.Om de nadelige effecten veroorzaakt door het parasitaire effect van het gat te verminderen, kan het ontwerp zo ver mogelijk zijn:
Kies uit de twee aspecten van kosten en signaalkwaliteit een redelijke omvang van de via.Indien nodig kunt u overwegen om via's van verschillende afmetingen te gebruiken, zoals voor gaten in de voeding of voor aardingsdraden. U kunt overwegen een groter formaat te gebruiken om de impedantie te verminderen, en voor signaalbedrading kunt u een kleinere via gebruiken.Naarmate de omvang van de via afneemt, zullen de bijbehorende kosten uiteraard ook toenemen
Uit de twee hierboven besproken formules kan worden geconcludeerd dat het gebruik van een dunnere printplaat bevorderlijk is voor het verminderen van de twee parasitaire parameters van de via
De signaalbedrading op de printplaat mag zoveel mogelijk niet worden gewijzigd, dat wil zeggen, probeer geen onnodige via's te gebruiken.
Via's moeten in de pinnen van de voeding en de grond worden geboord.Hoe korter de draad tussen de pinnen en de via's, hoe beter.Er kunnen meerdere gaten parallel worden geboord om de equivalente inductie te verminderen.
Plaats enkele geaarde doorgangsgaten in de buurt van de doorgangsgaten van de signaalwissel om de dichtstbijzijnde lus voor het signaal te creëren.Je kunt zelfs wat overtollige grondgaten op de printplaat plaatsen.
Voor hogesnelheidsprintplaten met een hoge dichtheid kunt u het gebruik van microgaten overwegen.