Via este una dintre componentele importante ale PCB-ului multistrat, iar costul forajului reprezintă de obicei 30% până la 40% din costul plăcii PCB. Mai simplu spus, fiecare gaură de pe PCB poate fi numită o via.
Conceptul de bază al via:
Din punct de vedere al funcției, via poate fi împărțită în două categorii: una este folosită ca legătură electrică între straturi, iar cealaltă este folosită ca fixare sau poziționare a dispozitivului. Dacă din proces, aceste găuri se împart în general în trei categorii și anume găuri oarbe, găuri îngropate și găuri traversante.
Găurile oarbe sunt situate pe suprafețele superioare și inferioare ale plăcii de circuit imprimat și au o anumită adâncime pentru conectarea circuitului de suprafață și a circuitului interior de dedesubt, iar adâncimea găurilor de obicei nu depășește un anumit raport (apertura).
Orificiul îngropat se referă la orificiul de conectare situat în stratul interior al plăcii de circuit imprimat, care nu se extinde până la suprafața plăcii. Cele două tipuri de găuri de mai sus sunt situate în stratul interior al plăcii de circuit, care este finalizat prin procesul de turnare a găurii traversante înainte de laminare, iar mai multe straturi interioare pot fi suprapuse în timpul formării găurii traversante.
Al treilea tip se numește găuri traversante, care trec prin întreaga placă de circuite și pot fi utilizate pentru a realiza interconectarea internă sau ca găuri de poziționare a instalației pentru componente. Deoarece orificiul de trecere este mai ușor de realizat în proces și costul este mai mic, marea majoritate a plăcilor de circuit imprimat îl folosesc, mai degrabă decât celelalte două orificii de trecere. Următoarele găuri, fără instrucțiuni speciale, sunt considerate găuri de trecere.
Din punct de vedere al designului, o cale este compusă în principal din două părți, una este mijlocul găurii de foraj, iar cealaltă este zona plăcuței de sudură din jurul găurii de foraj. Mărimea acestor două părți determină dimensiunea via.
Evident, în designul PCB de mare viteză, de înaltă densitate, designerii doresc întotdeauna ca gaura să fie cât mai mică posibil, astfel încât să poată fi lăsat mai mult spațiu de cablare, în plus, cu cât via este mai mică, propria sa capacitate parazită este mai mică, mai potrivită pentru circuite de mare viteză.
Cu toate acestea, reducerea dimensiunii traversei aduce și o creștere a costurilor, iar dimensiunea găurii nu poate fi redusă la infinit, este limitată de tehnologia de găurire și galvanizare: cu cât gaura este mai mică, cu atât găurirea durează mai mult, cu atât este mai ușor. este să devii de la centru; Când adâncimea găurii este mai mare de 6 ori diametrul găurii, este imposibil să vă asigurați că peretele găurii poate fi placat uniform cu cupru.
De exemplu, dacă grosimea (adâncimea găurii) a unei plăci PCB normale cu 6 straturi este de 50 mil, atunci diametrul minim de foraj pe care producătorii de PCB îl pot furniza în condiții normale poate atinge doar 8 mil. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de găurire cu laser, dimensiunea forajului poate fi, de asemenea, din ce în ce mai mică, iar diametrul găurii este, în general, mai mic sau egal cu 6 mil, suntem numiți microgăuri.
Microgăurile sunt adesea folosite în designul HDI (structură de interconectare de înaltă densitate), iar tehnologia microgăurilor poate permite ca gaura să fie găurită direct pe placa, ceea ce îmbunătățește foarte mult performanța circuitului și economisește spațiul de cablare. Via apare ca un punct de întrerupere a discontinuității impedanței pe linia de transmisie, provocând o reflectare a semnalului. În general, impedanța echivalentă a găurii este cu aproximativ 12% mai mică decât linia de transmisie, de exemplu, impedanța unei linii de transmisie de 50 ohmi va fi redusă cu 6 ohmi atunci când trece prin gaură (în special și dimensiunea căii, este legată și grosimea plăcii, nu o reducere absolută).
Cu toate acestea, reflexia cauzată de discontinuitatea impedanței prin este de fapt foarte mică, iar coeficientul său de reflexie este doar:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemele care decurg din via sunt mai concentrate pe efectele capacității și inductanței parazite.
Capacitatea și inductanța parazitară a lui Via
Există o capacitate rătăcită parazită în via în sine. Dacă diametrul zonei de rezistență de lipit de pe stratul așezat este D2, diametrul suportului de lipit este D1, grosimea plăcii PCB este T și constanta dielectrică a substratului este ε, capacitatea parazită a găurii traversante este aproximativ:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Efectul principal al capacității parazitare asupra circuitului este de a prelungi timpul de creștere a semnalului și de a reduce viteza circuitului.
De exemplu, pentru un PCB cu o grosime de 50 mil, dacă diametrul plăcuței de trecere este de 20 mil (diametrul găurii de foraj este de 10 mil) și diametrul zonei de rezistență la lipire este de 40 mil, atunci putem aproxima capacitatea parazitară a via prin formula de mai sus:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Cantitatea de modificare a timpului de creștere cauzată de această parte a capacității este aproximativ:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Se poate observa din aceste valori că, deși utilitatea întârzierii de creștere cauzată de capacitatea parazitară a unei singure via nu este foarte evidentă, dacă via este utilizată de mai multe ori în linie pentru a comuta între straturi, vor fi utilizate mai multe găuri, iar designul trebuie luat în considerare cu atenție. În designul propriu-zis, capacitatea parazită poate fi redusă prin creșterea distanței dintre gaură și zona de cupru (Anti-pad) sau prin reducerea diametrului tamponului.
În proiectarea circuitelor digitale de mare viteză, daunele cauzate de inductanța parazită sunt adesea mai mari decât influența capacității parazitare. Inductanța sa parazită în serie va slăbi contribuția condensatorului de bypass și va slăbi eficiența de filtrare a întregului sistem de alimentare.
Putem folosi următoarea formulă empirică pentru a calcula pur și simplu inductanța parazită a unei aproximații prin gaură:
L=5,08h[ln(4h/zi)+1]
Unde L se referă la inductanța lui via, h este lungimea lui via și d este diametrul găurii centrale. Din formula se poate observa că diametrul via are o influență mică asupra inductanței, în timp ce lungimea via are cea mai mare influență asupra inductanței. Folosind încă exemplul de mai sus, inductanța în afara găurii poate fi calculată ca:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Dacă timpul de creștere al semnalului este de 1 ns, atunci dimensiunea impedanței sale echivalente este:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
O astfel de impedanță nu poate fi ignorată în prezența curentului de înaltă frecvență prin, în special, rețineți că condensatorul de bypass trebuie să treacă prin două găuri atunci când se conectează stratul de putere și formațiunea, astfel încât inductanța parazită a găurii să fie multiplicată.
Cum se folosește via?
Prin analiza de mai sus a caracteristicilor parazitare ale găurii, putem vedea că în proiectarea PCB de mare viteză, găurile aparent simple aduc adesea efecte negative mari asupra designului circuitului. Pentru a reduce efectele adverse cauzate de efectul parazit al găurii, designul poate fi pe cât posibil:
Din cele două aspecte ale costului și calității semnalului, alegeți o dimensiune rezonabilă a dimensiunii via. Dacă este necesar, puteți lua în considerare utilizarea diferitelor dimensiuni de vias, cum ar fi pentru sursa de alimentare sau găurile de împământare, puteți lua în considerare utilizarea unei dimensiuni mai mari pentru a reduce impedanța, iar pentru cablarea semnalului, puteți utiliza o via mai mică. Desigur, pe măsură ce dimensiunea vieții scade, costul corespunzător va crește și el
Cele două formule discutate mai sus se poate concluziona că utilizarea unei plăci PCB mai subțiri conduce la reducerea celor doi parametri paraziți ai
Cablarea semnalului de pe placa PCB nu trebuie schimbată pe cât posibil, adică încercați să nu utilizați vias inutile.
Vias trebuie să fie găurit în pinii sursei de alimentare și în pământ. Cu cât plumbul dintre pini și canale este mai scurt, cu atât mai bine. Mai multe găuri pot fi găurite în paralel pentru a reduce inductanța echivalentă.
Plasați câteva găuri de trecere împământate lângă găurile de trecere ale schimbării semnalului pentru a oferi cea mai apropiată buclă pentru semnal. Puteți chiar să plasați câteva găuri de pământ în exces pe placa PCB.
Pentru plăcile PCB de mare viteză cu densitate mare, puteți lua în considerare utilizarea micro-găurilor.