De VIA is een van de belangrijke componenten van meerlagige PCB, en de kosten van boren zijn meestal goed voor 30% tot 40% van de kosten van het PCB-bord. Simpel gezegd, elk gat op de printplaat kan een VIA worden genoemd.
Het basisconcept van de VIA:
Vanuit het gezichtspunt van de functie kan de VIA kunnen worden verdeeld in twee categorieën: de ene wordt gebruikt als een elektrische verbinding tussen de lagen en de andere wordt gebruikt als een bevestiging of positionering van het apparaat. Als uit het proces deze gaten over het algemeen worden verdeeld in drie categorieën, namelijk blinde gaten, begraven gaten en door gaten.
Blinde gaten bevinden zich op de boven- en onderste oppervlakken van de gedrukte printplaat en hebben een bepaalde diepte voor de verbinding van het oppervlaktecircuit en het binnenste circuit hieronder, en de diepte van de gaten overschrijdt meestal geen bepaalde verhouding (diafragma).
Het begraven gat verwijst naar het verbindingsgat in de binnenste laag van de printplaat, die zich niet uitstrekt tot het oppervlak van het bord. De bovenstaande twee soorten gaten bevinden zich in de binnenste laag van de printplaat, die vóór het lamineren wordt voltooid door het door gat vormproces, en verschillende binnenlagen kunnen worden overlapt tijdens de vorming van het door gat.
Het derde type wordt door de gaten genoemd, die door de hele printplaat gaan en kunnen worden gebruikt om interne interconnectie te bereiken of als installatiepositioneringsgaten voor componenten. Omdat het doorgaande gat gemakkelijker te bereiken is in het proces en de kosten lager zijn, gebruikt de overgrote meerderheid van de gedrukte printplaten het, in plaats van de andere twee door gaten. De volgende gaten, zonder speciale instructies, worden beschouwd als via gaten.
Vanuit het oogpunt van het ontwerp is een VIA hoofdzakelijk samengesteld uit twee delen, de ene is het midden van het boorgat en de andere is het laskussengebied rond het boorgat. De grootte van deze twee delen bepaalt de grootte van VIA.
Het is duidelijk dat bij snelle PCB-ontwerp met hoge dichtheid de ontwerpers het gat altijd zo klein mogelijk willen, zodat meer bedradingsruimte kan worden overgelaten, hoe kleiner de VIA, zijn eigen parasitaire capaciteit kleiner is, meer geschikt voor high-speed circuits.
De vermindering van de via -grootte brengt echter ook een toename van de kosten met zich mee, en de grootte van het gat kan niet voor onbepaalde tijd worden verminderd, het wordt beperkt door boor- en elektroplaattechnologie: hoe kleiner het gat, hoe langer het boren duurt, hoe gemakkelijker het is om van het centrum af te wijken; Wanneer de diepte van het gat meer dan 6 keer de diameter van het gat is, is het onmogelijk om ervoor te zorgen dat de gatwand uniform kan worden verguld met koper.
Als bijvoorbeeld de dikte (door gatdiepte) van een normale 6-laags PCB-kaart 50 meter is, kan de minimale boordiameter die PCB-fabrikanten onder normale omstandigheden kunnen bieden slechts 8 miljoen bereiken. Met de ontwikkeling van laserboortechnologie kan de grootte van het boren ook kleiner en kleiner zijn, en de diameter van het gat is over het algemeen kleiner dan of gelijk aan 6 miljoen, we worden microholels genoemd.
Microholes worden vaak gebruikt in het ontwerp van het HDI (hoge dichtheid interconnectstructuur), en microhole -technologie kan het gat direct op het kussen kunnen boren, waardoor de circuitprestaties aanzienlijk worden verbeterd en de bedradingsruimte bespaart. De VIA verschijnt als een breekpunt van impedantie -discontinuïteit op de transmissielijn, wat een weerspiegeling van het signaal veroorzaakt. Over het algemeen is de equivalente impedantie van het gat ongeveer 12% lager dan de transmissielijn, bijvoorbeeld, de impedantie van een transmissielijn van 50 ohm zal worden verminderd met 6 ohm wanneer het door het gat gaat (specifiek en de grootte van de via, de plaatdikte is ook gerelateerd, geen absolute reductie).
De reflectie veroorzaakt door de impedantie -discontinuïteit via is echter heel klein, en de reflectiecoëfficiënt is alleen:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
De problemen die voortvloeien uit de VIA zijn meer geconcentreerd op de effecten van parasitaire capaciteit en inductantie.
Via's parasitaire capaciteit en inductantie
Er is een parasitaire verdwaalde capaciteit in de via zichzelf. Als de diameter van de soldeerweerstandszone op de gelegde laag D2 is, is de diameter van het soldeerkussen D1, is de dikte van de PCB -kaart T en is de diëlektrische constante van het substraat ε ε, de parasitaire capaciteit van het door gat is ongeveer:
C = 1.41εTD1/(D2-D1)
Het belangrijkste effect van de parasitaire capaciteit op het circuit is om de stijgtijd van het signaal te verlengen en de snelheid van het circuit te verminderen.
Voor een PCB met een dikte van 50 miljoen bijvoorbeeld, als de diameter van de Via Pad 20mil is (de diameter van het boorgat is 10 meter) en de diameter van de soldeerweerstandszone 40 meter is, dan kunnen we de parasitaire capaciteit van de bovenstaande formule benaderen:
C = 1,41x4,4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0,31pf
De hoeveelheid stijgingstijdverandering veroorzaakt door dit deel van de capaciteit is ongeveer:
T10-90 = 2.2C (Z0/2) = 2,2x0.31x (50/2) = 17,05ps
Uit deze waarden kan blijken dat hoewel het nut van de stijgvertraging veroorzaakt door de parasitaire capaciteit van een enkele via niet erg duidelijk is, als de via meerdere keren in de lijn wordt gebruikt om tussen lagen te schakelen, meerdere gaten worden gebruikt en het ontwerp zorgvuldig moet worden overwogen. In het werkelijke ontwerp kan de parasitaire capaciteit worden verminderd door de afstand tussen het gat en het koperen gebied (anti-pad) te vergroten of de diameter van het kussen te verminderen.
Bij het ontwerp van high-speed digitale circuits is de schade veroorzaakt door de parasitaire inductie vaak groter dan de invloed van de parasitaire capaciteit. De inductie van de parasitaire serie 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 inductie van een door de gat benadering te berekenen:
L = 5,08H [ln (4h/d) +1]
Waar L verwijst naar de inductie van VIA, is H 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 inductie. Nog steeds met behulp van het bovenstaande voorbeeld, kan de buiten-hole inductantie 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 ervan:
Xl = πl/t10-90 = 3.19Ω
Een dergelijke impedantie kan niet worden genegeerd in de aanwezigheid van hoogfrequente stroom door, in het bijzonder, merken op dat de bypass-condensator door twee gaten moet gaan bij het aansluiten van de stroomlaag en de formatie, zodat de parasitaire inductie van het gat zal worden vermenigvuldigd.
Hoe gebruik je de VIA?
Door de bovenstaande analyse van de parasitaire kenmerken van het gat, kunnen we zien dat in het ontwerp met een snelle PCB-ontwerp, schijnbaar eenvoudige gaten vaak grote negatieve effecten opleveren voor 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 maat. Indien nodig kunt u overwegen om verschillende maten van VIA's te gebruiken, zoals voor voeding of gronddraadgaten, u kunt overwegen een grotere maat te gebruiken om de impedantie te verminderen en voor signaalbedrading kunt u een kleinere VIA gebruiken. Natuurlijk, naarmate de grootte van de via -afname, zullen de overeenkomstige kosten ook stijgen
De twee hierboven besproken formules kunnen worden geconcludeerd dat het gebruik van een dunner PCB -bord bevorderlijk is om de twee parasitaire parameters van de Via te verminderen
De signaalbedrading op het PCB -bord mag niet zo ver mogelijk worden gewijzigd, dat wil zeggen, proberen niet onnodige vias te gebruiken.
Vias moeten in de pennen van de voeding en de grond worden geboord. Hoe korter de voorsprong tussen de pennen en de Vias, hoe beter. Meerdere gaten kunnen parallel worden geboord om de equivalente inductantie te verminderen.
Plaats enkele gegronde doorgaten in de buurt van de doorgaande gaten van de signaalverandering om de dichtstbijzijnde lus voor het signaal te bieden. U kunt zelfs wat overtollige grondgaten op het PCB -bord plaatsen.
Voor hoge snelheidsprintplaten met hoge dichtheid kunt u overwegen om micro-gaten te gebruiken.