O VIA é um dos componentes importantes da PCB de várias camadas, e o custo da perfuração geralmente representa 30% a 40% do custo da placa de PCB. Simplificando, todos os orifícios do PCB podem ser chamados de VIA.
O conceito básico da VIA:
Do ponto de vista da função, o VIA pode ser dividido em duas categorias: uma é usada como uma conexão elétrica entre as camadas e a outra é usada como fixação ou posicionamento do dispositivo. Se do processo, esses orifícios geralmente são divididos em três categorias, ou seja, orifícios cegos, buracos enterrados e orifícios.
Os orifícios cegos estão localizados nas superfícies superior e inferior da placa de circuito impresso e têm uma certa profundidade para a conexão do circuito de superfície e o circuito interno abaixo, e a profundidade dos orifícios geralmente não excede uma determinada proporção (abertura).
O orifício enterrado refere -se ao orifício de conexão localizado na camada interna da placa de circuito impresso, que não se estende à superfície da placa. Os dois tipos de orifícios acima estão localizados na camada interna da placa de circuito, que é concluída pelo processo de moldagem por orifícios antes da laminação, e várias camadas internas podem ser sobrepostas durante a formação do orifício.
O terceiro tipo é chamado de buracos, que passam por toda a placa de circuito e podem ser usados para obter interconexão interna ou como orifícios de posicionamento da instalação para componentes. Como o furo através do orifício é mais fácil de alcançar no processo e o custo é menor, a grande maioria das placas de circuito impressa o usa, em vez dos outros dois através de orifícios. Os seguintes orifícios, sem instruções especiais, são considerados através de orifícios.
Do ponto de vista do design, uma via é composta principalmente por duas partes, uma é o meio do orifício de perfuração e o outro é a área da almofada de soldagem ao redor do orifício de perfuração. O tamanho dessas duas partes determina o tamanho de VIA.
Obviamente, em design de PCB de alta velocidade e alta densidade, os designers sempre querem o orifício o menor possível, para que mais espaço de fiação possa ser deixado, além disso, menor a sua própria capacitância parasitária é menor, mais adequada para circuitos de alta velocidade.
No entanto, a redução do tamanho da VIA também traz um aumento nos custos, e o tamanho do orifício não pode ser reduzido indefinidamente, é limitado pela tecnologia de perfuração e eletroplatação: quanto menor o orifício, maior a perfuração, mais fácil é se desviar do centro; Quando a profundidade do orifício é mais de 6 vezes o diâmetro do orifício, é impossível garantir que a parede do orifício possa ser revestida uniformemente com cobre.
Por exemplo, se a espessura (através da profundidade do orifício) de uma placa de PCB normal de 6 camadas for de 50 mil, o diâmetro mínimo de perfuração que os fabricantes de PCB podem fornecer em condições normais só podem atingir 8mil. Com o desenvolvimento da tecnologia de perfuração a laser, o tamanho da perfuração também pode ser cada vez menor, e o diâmetro do furo geralmente é menor ou igual a 6mils, somos chamados micro -furos.
Os micro -furos são frequentemente usados no projeto HDI (estrutura de interconexão de alta densidade), e a tecnologia de microhole pode permitir que o orifício seja perfurado diretamente na almofada, o que melhora bastante o desempenho do circuito e salva o espaço da fiação. A VIA aparece como um ponto de interrupção da descontinuidade da impedância na linha de transmissão, causando um reflexo do sinal. Geralmente, a impedância equivalente do furo é cerca de 12% menor que a linha de transmissão, por exemplo, a impedância de uma linha de transmissão de 50 ohms será reduzida em 6 ohms quando passar pelo orifício (especificamente e o tamanho da VIA, a espessura da placa também está relacionada, não uma redução absoluta).
No entanto, a reflexão causada pela descontinuidade da impedância via é realmente muito pequena, e seu coeficiente de reflexão é apenas:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Os problemas decorrentes da VIA estão mais concentrados nos efeitos da capacitância e indutância parasitária.
Via Capacitância e Indutância Parasitária
Existe uma capacitância perdida parasita na via própria. Se o diâmetro da zona de resistência da solda na camada colocada for D2, o diâmetro da almofada de solda é D1, a espessura da placa da PCB é t e a constante dielétrica do substrato é ε, a capacitância parasitária do orifício é aproximadamente:
C = 1,41εtd1/(d2-d1)
O principal efeito da capacitância parasita no circuito é prolongar o tempo de subida do sinal e reduzir a velocidade do circuito.
Por exemplo, para uma PCB com uma espessura de 50 mil, se o diâmetro do Via Pad for 20mil (o diâmetro do orifício de perfuração é de 10 miles) e o diâmetro da zona de resistência da solda é de 40mil, então podemos aproximar a capacitância parasita da via da fórmula acima:
C = 1,41x4.4x0.050x0.020/(0,040-0.020) = 0,31pf
A quantidade de mudança de tempo de mudança causada por esta parte da capacitância é aproximadamente:
T10-90 = 2,2C (z0/2) = 2,2x0.31x (50/2) = 17,05ps
Pode ser visto a partir desses valores que, embora a utilidade do aumento do atraso causada pela capacitância parasita de uma única via não seja muito óbvia, se a VIA for usada várias vezes na linha para alternar entre camadas, vários orifícios serão usados e o design deve ser cuidadosamente considerado. No projeto real, a capacitância parasitária pode ser reduzida aumentando a distância entre o orifício e a área de cobre (anti-PAD) ou reduzindo o diâmetro da almofada.
No design de circuitos digitais de alta velocidade, os danos causados pela indutância parasitária são frequentemente maiores que a influência da capacitância parasita. Sua indutância da série parasitária enfraquecerá a contribuição do capacitor de desvio e enfraquecerá a eficácia da filtragem de todo o sistema de energia.
Podemos usar a seguinte fórmula empírica para simplesmente calcular a indutância parasitária de uma aproximação do buraco passante:
L = 5,08h [ln (4h/d) +1]
Onde L refere -se à indutância de VIA, H é o comprimento da VIA e D é o diâmetro do orifício central. Pode ser visto a partir da fórmula que o diâmetro da Via tem pouca influência na indutância, enquanto o comprimento da VIA tem a maior influência na indutância. Ainda usando o exemplo acima, a indutância fora do buraco pode ser calculada como:
L = 5,08x0.050 [ln (4x0.050/0,010) +1] = 1,015NH
Se o tempo de subida do sinal for 1ns, seu tamanho de impedância equivalente é:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Essa impedância não pode ser ignorada na presença de corrente de alta frequência através, em particular, observe que o capacitor de desvio precisa passar por dois orifícios ao conectar a camada de potência e a formação, para que a indutância parasitária do orifício seja multiplicada.
Como usar o VIA?
Através da análise acima das características parasitárias do orifício, podemos ver que, no design de PCB de alta velocidade, orifícios aparentemente simples geralmente trazem grandes efeitos negativos ao design do circuito. Para reduzir os efeitos adversos causados pelo efeito parasitário do buraco, o design pode ser o mais longe possível:
A partir dos dois aspectos da qualidade do custo e do sinal, escolha um tamanho razoável do tamanho Via. Se necessário, você pode considerar o uso de diferentes tamanhos de vias, como para fonte de alimentação ou orifícios do fio, considere usar um tamanho maior para reduzir a impedância e, para a fiação de sinal, você pode usar uma via menor. Obviamente, à medida que o tamanho da via diminui, o custo correspondente também aumentará
As duas fórmulas discutidas acima podem ser concluídas que o uso de uma placa de PCB mais fina é propícia a reduzir os dois parâmetros parasitas da VIA
A fiação de sinal na placa PCB não deve ser alterada o máximo possível, ou seja, tente não usar Vias desnecessárias.
Vias devem ser perfurados nos pinos da fonte de alimentação e do solo. Quanto menor a liderança entre os pinos e os vias, melhor. Vários orifícios podem ser perfurados em paralelo para reduzir a indutância equivalente.
Coloque alguns buracos aterrados perto dos buracos da mudança de sinal para fornecer o loop mais próximo para o sinal. Você pode até colocar alguns orifícios em excesso na placa da PCB.
Para placas de PCB de alta velocidade com alta densidade, você pode considerar o uso de micro-buracos.