VIA este una dintre componentele importante ale PCB-ului cu mai multe straturi, 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 Via.
Conceptul de bază al VIA:
Din punctul de vedere al funcției, VI poate fi împărțit în două categorii: una este utilizată ca conexiune electrică între straturi, iar cealaltă este utilizată ca fixare sau poziționare a dispozitivului. Dacă din proces, aceste găuri sunt, în general, împărțite în trei categorii, și anume găuri orbe, găuri îngropate și prin găuri.
Găurile orbe sunt amplasate 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 mai jos, iar adâncimea găurilor nu depășește de obicei un anumit raport (diafragmă).
Gaura îngropată se referă la gaura de conectare situată în stratul interior al plăcii de circuit imprimat, care nu se extinde pe suprafața plăcii. Cele două tipuri de găuri de mai sus sunt localizate în stratul interior al plăcii de circuit, care este completat de procesul de modelare a găurilor înainte de laminare, iar mai multe straturi interioare pot fi suprapuse în timpul formării găurii.
Al treilea tip este numit prin găuri, care trec pe întreaga placă de circuit și poate fi utilizat pentru a obține interconectarea internă sau ca găuri de poziționare a instalării pentru componente. Deoarece gaura de trecere este mai ușor de realizat în proces, iar costul este mai mic, marea majoritate a plăcilor de circuit imprimate îl folosesc, mai degrabă decât celelalte două prin găuri. Următoarele găuri, fără instrucțiuni speciale, sunt considerate ca prin găuri.
Din punct de vedere al proiectării, A VIA este compus în principal din două părți, una este mijlocul găurii de foraj, iar cealaltă este zona plăcuței de sudare în jurul găurii de foraj. Mărimea acestor două părți determină dimensiunea VIA.
Evident, în proiectarea PCB de mare viteză, de înaltă densitate, designerii doresc întotdeauna gaura cât mai mică, astfel încât mai mult spațiu de cablare să poată fi lăsat, în plus, cu cât este mai mică, prin intermediul capacității sale parazite, mai mici, mai potrivite pentru circuite de mare viteză.
Cu toate acestea, reducerea dimensiunii VIA aduce, de asemenea, o creștere a costurilor, iar dimensiunea găurii nu poate fi redusă la nesfârșit, este limitată prin tehnologie de foraj și electroplator: cu cât este mai mică gaura, cu atât este mai lungă forajul, cu atât este mai ușor să se abată din centru; Când adâncimea găurii este de mai mult de 6 ori mai mare decât diametrul găurii, este imposibil să vă asigurați că peretele găurii poate fi placat uniform cu cupru.
De exemplu, dacă grosimea (până la 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 oferi în condiții normale poate ajunge doar la 8 mil. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de foraj cu laser, dimensiunea forajului poate fi, de asemenea, mai mică și mai mică, iar diametrul găurii este în general mai mic sau egal cu 6 mil., Suntem numiți microholes.
Microalele sunt adesea utilizate în proiectarea HDI (structură de interconectare de înaltă densitate), iar tehnologia microhole poate permite găurirea să fie găurită direct pe tampon, 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 mod specific și dimensiunea VIA, grosimea plăcii este, de asemenea, legată, nu o reducere absolută).
Cu toate acestea, reflecția cauzată de discontinuitatea impedanței prin este de fapt foarte mică, iar coeficientul său de reflecție este doar:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemele care decurg din VIA sunt mai concentrate pe efectele capacității parazite și a inductanței.
Capacitatea și inductanța parazitului
Există o capacitate parazitară fără stăpân în sine. Dacă diametrul zonei de rezistență la lipire pe stratul așezat este D2, diametrul plăcuței de lipit este D1, grosimea plăcii PCB este T, iar constanta dielectrică a substratului este ε, capacitatea parazită a găurii este aproximativ:
C = 1.41εtd1/(d2-d1)
Efectul principal al capacității parazite asupra circuitului este de a prelungi timpul de creștere al semnalului și de a reduce viteza circuitului.
De exemplu, pentru un PCB cu o grosime de 50 de milioane, dacă diametrul plăcuței este de 20 mil. (Diametrul găurii de foraj este de 10 milioane), iar diametrul zonei de rezistență la lipire este de 40 mil.
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
Cantitatea de schimbare 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
Din aceste valori se poate observa că, deși utilitatea întârzierii de creștere cauzată de capacitatea parazitară a unui singur VIA nu este foarte evidentă, dacă VIA este utilizat de mai multe ori în linie pentru a comuta între straturi, vor fi utilizate mai multe găuri, iar proiectarea ar trebui luată în considerare cu atenție. În proiectarea reală, capacitatea parazită poate fi redusă prin creșterea distanței dintre gaură și zona de cupru (anti-PAD) sau reducerea diametrului plăcuței.
În proiectarea circuitelor digitale de mare viteză, daunele cauzate de inductanța parazitară este adesea mai mare decât influența capacității parazite. Inductanța sa din seria parazitară va slăbi contribuția condensatorului de bypass și va slăbi eficacitatea de filtrare a întregului sistem de putere.
Putem folosi următoarea formulă empirică pentru a calcula pur și simplu inductanța parazită a unei aproximări prin gaură:
L = 5.08H [LN (4H/D) +1]
În cazul în care l se referă la inductanța VIA, H este lungimea VIA, iar D este diametrul găurii centrale. Din formula se poate observa că diametrul VIA are o influență redusă asupra inductanței, în timp ce lungimea VA are cea mai mare influență asupra inductanței. Folosind în continuare exemplul de mai sus, inductanța din 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 1ns, atunci dimensiunea sa echivalentă a impedanței 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 conectați stratul de putere și formarea, astfel încât inductanța parazită a găurii va fi înmulțită.
Cum se folosește VIA?
Prin analiza de mai sus a caracteristicilor parazite ale găurii, putem vedea că în proiectarea PCB de mare viteză, găurile aparent simple aduc adesea efecte negative mari la proiectarea circuitului. Pentru a reduce efectele adverse cauzate de efectul parazitar al găurii, proiectarea poate fi pe cât posibil:
Din cele două aspecte ale costurilor și calității semnalului, alegeți o dimensiune rezonabilă a dimensiunii VIA. Dacă este necesar, puteți lua în considerare utilizarea diferitelor dimensiuni de VIA, cum ar fi pentru alimentarea sau găurile de sârmă de masă, puteți lua în considerare utilizarea unei dimensiuni mai mari pentru a reduce impedanța, iar pentru cablarea semnalului, puteți utiliza o mai mică. Desigur, pe măsură ce dimensiunea VI -a scăzut, costul corespunzător va crește, de asemenea,
Cele două formule discutate mai sus pot fi concluzionate că utilizarea unei plăci PCB mai subțiri este favorabilă reducerii celor doi parametri paraziți ai VIA
Cablarea semnalului de pe placa PCB nu trebuie modificată pe cât posibil, adică încercați să nu utilizați VIA -uri inutile.
VIA -urile trebuie să fie găurite în pinii sursei de alimentare și la sol. Cu cât este mai scurt conducerea dintre ace și vias, cu atât mai bine. Mai multe găuri pot fi găurite în paralel pentru a reduce inductanța echivalentă.
Puneți unele găuri întemeiate în apropierea găurilor prin schimbarea semnalului pentru a furniza cea mai apropiată buclă pentru semnal. Puteți plasa chiar și câteva găuri de sol în exces pe placa PCB.
Pentru plăci PCB cu viteză mare cu densitate ridicată, puteți lua în considerare utilizarea micro-găurilor.