VIA является одним из важных компонентов многослойной печатной платы, а стоимость бурения обычно составляет от 30 до 40% от стоимости платы PCB. Проще говоря, каждое отверстие на печатной плате можно назвать VIA.
Основная концепция VIA:
С точки зрения функции, VIA можно разделить на две категории: одна используется в качестве электрического соединения между слоями, а другая используется в качестве фиксации или позиционирования устройства. Если от процесса эти отверстия обычно делятся на три категории, а именно слепые отверстия, похороненные отверстия и отверстия.
Слепые отверстия расположены на верхних и нижних поверхностях печатной платы и имеют определенную глубину для подключения поверхностной цепи и внутренней цепи ниже, а глубина отверстий обычно не превышает определенного соотношения (апертура).
Закрытое отверстие относится к отверстию соединения, расположенному во внутреннем слое печатной платы, которая не распространяется на поверхность платы. Вышеуказанные два типа отверстий расположены во внутреннем слое платы, которая завершается процессом литья сквозного отверстия перед ламинированием, и несколько внутренних слоев могут быть перекрыты во время образования сквозного отверстия.
Третий тип называется сквозными отверстиями, которые проходят через всю плату и могут использоваться для достижения внутренней взаимосвязи или в качестве отверстий по позиционированию установки для компонентов. Поскольку сквозное отверстие легче достичь в процессе, а стоимость ниже, подавляющее большинство печатных плат используют ее, а не два других через отверстия. Следующие отверстия без особых инструкций рассматриваются как через отверстия.
С точки зрения конструкции, A VIA в основном состоит из двух частей, одна - середина бурового отверстия, а другая - область сварной прокладки вокруг бурового отверстия. Размер этих двух частей определяет размер виа.
Очевидно, что в высокоскоростной дизайне печатных плат высокой плотности дизайнеры всегда хотят, чтобы отверстие было максимально небольшим, так что можно оставить больше проводки, кроме того, чем меньше виа, его собственная паразитарная емкость меньше, более подходящая для высокоскоростных цепей.
Тем не менее, уменьшение размера VIA также приводит к увеличению затрат, а размер отверстия не может быть уменьшено на неопределенный срок, оно ограничено технологией бурения и гальванизации: чем меньше отверстие, тем дольше берет бурение, тем проще отклоняться от центра; Когда глубина отверстия более чем в 6 раз превышает диаметр отверстия, невозможно убедиться, что стенка отверстия может быть равномерно покрыта медью.
Например, если толщина (через глубину отверстия) нормальной 6-слойной платы печатной платы составляет 50 млн, то минимальный диаметр бурения, который производители печатной платы могут обеспечить в нормальных условиях, может достигать только 8 млн. С разработкой технологии лазерного бурения размер бурения также может быть меньше и меньше, а диаметр отверстия, как правило, меньше или равна 6 милам, нас называют микроуров.
Микроуры часто используются в конструкции HDI (конструкция взаимосвязей высокой плотности), а технология микроуры может позволить отверстию быть непосредственно просверленным на прокладке, что значительно повышает производительность цепи и экономит пространство проводов. Виа появляется в виде точки разрыва импеданса на линии передачи, вызывая отражение сигнала. Как правило, эквивалентный импеданс отверстия примерно на 12% ниже, чем линия передачи, например, импеданс линии передачи 50 Ом будет уменьшаться на 6 Ом, когда оно проходит через отверстие (в частности, и размер виа, толщина пластины также связана, а не абсолютное сокращение).
Тем не менее, отражение, вызванное прерыванием импеданса, на самом деле очень мало, а его коэффициент отражения только:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Проблемы, возникающие из VIA, больше сосредоточены на воздействии паразитической емкости и индуктивности.
Виа паразитическая емкость и индуктивность
В самой Виа есть паразитическая бездомная емкость. Если диаметр зоны сопротивления припоя на уложенном слое равен D2, диаметр паяльной площадки равен D1, толщина платы PCB равен T, а диэлектрическая постоянная субстрата - ε, паразитическая емкость отверстия - приблизительно: равна приблизительно:: приблизительно: составляет приблизительно:
C = 1,41εtd1/(d2-d1)
Основным эффектом паразитной емкости на цепь является продление времени подъема сигнала и снижения скорости цепи.
Например, для печатной платы с толщиной 50 млн, если диаметр прокладки на прокладке составляет 20 млн (диаметр бурового отверстия составляет 10 млн), а диаметр зоны сопротивления припоя составляет 40 млн, тогда мы можем приблизиться к паразитной емкость виспийной формулы: формула выше: тогда мы можем приблизиться к паразитной емкость виа:
C = 1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020) = 0,31 пт
Количество изменений времени роста, вызванного этой частью емкости, примерно:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05 л.с.
Из этих значений можно увидеть, что, хотя полезность задержки повышения, вызванная паразитной емкостью одного через через себя, не очень очевидна, если VIA используется несколько раз в линии для переключения между слоями, будет использоваться несколько отверстий, и дизайн должен быть тщательно рассмотрен. В фактической конструкции паразитная емкость может быть уменьшена путем увеличения расстояния между отверстием и области меди (анти-PAD) или уменьшения диаметра PAD.
При проектировании высокоскоростных цифровых цепей вред, причиненный паразитной индуктивностью, часто больше, чем влияние паразитической емкости. Его индуктивность паразитической серии ослабит вклад обходного конденсатора и ослабит эффективность фильтрации всей энергетической системы.
Мы можем использовать следующую эмпирическую формулу, чтобы просто рассчитать паразитарную индуктивность аппроксимации сквозной спины:
L = 5,08H [LN (4H/D) +1]
Где L относится к индуктивности VIA, H - длина VIA, а D - диаметр центрального отверстия. Из формулы можно увидеть, что диаметр VIA оказывает мало влияния на индуктивность, в то время как длина VIA оказывает наибольшее влияние на индуктивность. Все еще используя приведенный выше пример, индуктивность вне спины может быть рассчитана как:
L = 5,08x0,050 [LN (4x0,050/0,010) +1] = 1,015NH
Если время подъема сигнала составляет 1NS, то его эквивалентный размер импеданса равен:
Xl = πl/t10-90 = 3,19 Ом
Такой импеданс нельзя игнорировать в присутствии высокочастотного тока, в частности, обратите внимание, что обходной конденсатор должен пройти через два отверстия при соединении слоя мощности и формирования, чтобы паразитическая индуктивность отверстия была умножена.
Как использовать VIA?
Благодаря вышеуказанному анализу паразитных характеристик отверстия, мы видим, что при высокоскоростной конструкции ПХБ, казалось бы, простые отверстия часто приносят большие негативные эффекты для конструкции схемы. Чтобы уменьшить побочные эффекты, вызванные паразитным эффектом отверстия, конструкция может быть как можно дальше:
Из двух аспектов стоимости и качества сигнала выберите разумный размер размер VIA. При необходимости вы можете рассмотреть возможность использования различных размеров VIAS, например, для источника питания или отверстий для заземления, вы можете рассмотреть возможность использования большего размера для уменьшения импеданса, а для проводки сигнала вы можете использовать меньший через. Конечно, по размеру через уменьшение, соответствующая стоимость также увеличится
Две формулы, обсуждаемые выше
Сигнальная проводка на плате печатных плат не должна быть изменена, насколько это возможно, то есть стараться не использовать ненужные VIAS.
VIA должны быть просверлены в булавках источника питания и земли. Чем короче лидерство между булавками и видами, тем лучше. Несколько отверстий могут быть пробурены параллельно, чтобы уменьшить эквивалентную индуктивность.
Поместите некоторые заземленные сквозные отверстия вблизи сквозных отверстий изменения сигнала, чтобы обеспечить ближайший цикл для сигнала. Вы даже можете поместить лишние наземные отверстия на плате печатных плат.
Для высокоскоростных плат печатных плат с высокой плотностью вы можете рассмотреть возможность использования микро-дыры.