Prechod je jednou z dôležitých súčastí viacvrstvovej dosky plošných spojov a náklady na vŕtanie zvyčajne predstavujú 30 % až 40 % ceny dosky plošných spojov.Jednoducho povedané, každá diera na DPS sa dá nazvať prek.
Základný koncept cesty:
Z hľadiska funkcie je možné priechod rozdeliť do dvoch kategórií: jedna sa používa ako elektrické spojenie medzi vrstvami a druhá sa používa na upevnenie alebo umiestnenie zariadenia.Ak z procesu, tieto otvory sú všeobecne rozdelené do troch kategórií, a to slepé otvory, zakopané otvory a priechodné otvory.
Slepé otvory sú umiestnené na hornej a spodnej ploche dosky plošných spojov a majú určitú hĺbku pre spojenie povrchového obvodu a vnútorného obvodu pod ním a hĺbka otvorov zvyčajne nepresahuje určitý pomer (otvor).
Zakopaný otvor sa vzťahuje na spojovací otvor umiestnený vo vnútornej vrstve dosky s plošnými spojmi, ktorý nezasahuje až po povrch dosky.Vyššie uvedené dva typy otvorov sú umiestnené vo vnútornej vrstve dosky plošných spojov, ktorá je dokončená procesom formovania cez otvor pred lamináciou, a niekoľko vnútorných vrstiev sa môže počas vytvárania priechodného otvoru prekrývať.
Tretí typ sa nazýva priechodné otvory, ktoré prechádzajú celou doskou plošných spojov a môžu byť použité na dosiahnutie vnútorného prepojenia alebo ako inštalačné polohovacie otvory pre komponenty.Pretože je v tomto procese jednoduchšie dosiahnuť priechodný otvor a náklady sú nižšie, používa ho veľká väčšina dosiek s plošnými spojmi, a nie ďalšie dva priechodné otvory.Nasledujúce otvory sa bez špeciálnych pokynov považujú za priechodné otvory.
Z konštrukčného hľadiska sa spojka skladá hlavne z dvoch častí, jedna je stred vŕtaného otvoru a druhá je oblasť zváracej podložky okolo vŕtaného otvoru.Veľkosť týchto dvoch častí určuje veľkosť via.
Je zrejmé, že vo vysokorýchlostnom dizajne PCB s vysokou hustotou chcú dizajnéri vždy čo najmenší otvor, aby bolo možné ponechať viac miesta na zapojenie, navyše čím je priechod menší, jeho vlastná parazitná kapacita je menšia, vhodnejšia pre vysokorýchlostné okruhy.
Zmenšenie veľkosti priechodu však prináša aj zvýšenie nákladov a veľkosť otvoru nemožno zmenšovať donekonečna, je obmedzená technológiou vŕtania a galvanického pokovovania: čím je otvor menší, tým dlhšie vŕtanie trvá, tým je jednoduchšie. je odkloniť sa od stredu;Keď je hĺbka otvoru viac ako 6-násobok priemeru otvoru, nie je možné zabezpečiť, aby stena otvoru mohla byť rovnomerne pokovovaná meďou.
Napríklad, ak je hrúbka (hĺbka priechodného otvoru) normálnej 6-vrstvovej dosky plošných spojov 50 miliónov, potom minimálny priemer vŕtania, ktorý môžu výrobcovia plošných spojov poskytnúť za normálnych podmienok, môže dosiahnuť iba 8 miliónov.S rozvojom technológie laserového vŕtania môže byť veľkosť vŕtania tiež menšia a menšia a priemer otvoru je vo všeobecnosti menší alebo rovný 6 mil, nazývame sa mikrootvory.
Mikrootvory sa často používajú v dizajne HDI (high density interconnect structure) a technológia mikrodier umožňuje priame vyvŕtanie otvoru na podložke, čo výrazne zlepšuje výkon obvodu a šetrí priestor na vedenie.Prechod sa javí ako bod zlomu impedančnej diskontinuity na prenosovom vedení, čo spôsobuje odraz signálu.Vo všeobecnosti je ekvivalentná impedancia otvoru asi o 12 % nižšia ako prenosové vedenie, napríklad impedancia 50 ohmového prenosového vedenia sa zníži o 6 ohmov, keď prejde otvorom (konkrétne a veľkosť priechodu, súvisí aj hrúbka plechu, nie absolútna redukcia).
Odraz spôsobený impedančnou diskontinuitou cez je však v skutočnosti veľmi malý a jeho koeficient odrazu je iba:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problémy vznikajúce z prestupu sú viac sústredené na účinky parazitnej kapacity a indukčnosti.
Cez parazitnú kapacitu a indukčnosť
V samotnom priechode je parazitná rozptylová kapacita.Ak je priemer zóny odporu spájky na položenej vrstve D2, priemer spájkovacej podložky je D1, hrúbka dosky plošných spojov je T a dielektrická konštanta substrátu je ε, parazitná kapacita priechodného otvoru je približne:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Hlavným účinkom parazitnej kapacity na obvode je predĺženie doby nábehu signálu a zníženie rýchlosti obvodu.
Napríklad pre PCB s hrúbkou 50Mil, ak je priemer prestupovej podložky 20Mil (priemer vyvŕtaného otvoru je 10Mils) a priemer zóny odporu spájky je 40Mil, potom môžeme aproximovať parazitnú kapacitu via podľa vyššie uvedeného vzorca:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31 pF
Veľkosť zmeny doby nábehu spôsobená touto časťou kapacity je približne:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Z týchto hodnôt je vidieť, že aj keď užitočnosť oneskorenia nábehu spôsobeného parazitnou kapacitou jedného prekovu nie je príliš zrejmá, ak sa prekov použije viackrát v linke na prepínanie medzi vrstvami, použije sa viacero otvorov, a dizajn by sa mal starostlivo zvážiť.V skutočnom prevedení môže byť parazitná kapacita znížená zväčšením vzdialenosti medzi otvorom a medenou plochou (Anti-pad) alebo zmenšením priemeru podložky.
Pri návrhu vysokorýchlostných digitálnych obvodov je poškodenie spôsobené parazitnou indukčnosťou často väčšie ako vplyv parazitnej kapacity.Jeho parazitná sériová indukčnosť oslabí príspevok obtokového kondenzátora a oslabí filtračnú účinnosť celého energetického systému.
Na jednoduchý výpočet parazitnej indukčnosti aproximácie cez dieru môžeme použiť nasledujúci empirický vzorec:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Kde L znamená indukčnosť priechodu, h je dĺžka priechodu a d je priemer stredového otvoru.Zo vzorca je zrejmé, že priemer priechodu má malý vplyv na indukčnosť, zatiaľ čo dĺžka priechodu má najväčší vplyv na indukčnosť.Stále s použitím vyššie uvedeného príkladu možno indukčnosť mimo otvoru vypočítať ako:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015 nH
Ak je čas nábehu signálu 1 ns, potom jeho ekvivalentná veľkosť impedancie je:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Takúto impedanciu nemožno ignorovať v prítomnosti vysokofrekvenčného prúdu cez, všimnite si najmä, že obtokový kondenzátor musí pri spájaní výkonovej vrstvy a formácie prejsť cez dva otvory, takže parazitná indukčnosť otvoru sa znásobí.
Ako používať via?
Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy parazitných charakteristík otvoru môžeme vidieť, že vo vysokorýchlostnom návrhu PCB zdanlivo jednoduché otvory často prinášajú veľké negatívne účinky na návrh obvodu.Aby sa znížili nepriaznivé účinky spôsobené parazitným účinkom otvoru, návrh môže byť v čo najväčšej miere:
Z dvoch aspektov ceny a kvality signálu vyberte primeranú veľkosť veľkosti priechodu.Ak je to potrebné, môžete zvážiť použitie rôznych veľkostí priechodov, ako sú otvory pre napájací alebo uzemňovací vodič, môžete zvážiť použitie väčšej veľkosti na zníženie impedancie a pre signálové vedenie môžete použiť menšie priechodky.Samozrejme, so zmenšujúcou sa veľkosťou priechodu sa zvýšia aj zodpovedajúce náklady
Z dvoch vyššie uvedených vzorcov možno vyvodiť záver, že použitie tenšej dosky plošných spojov vedie k zníženiu dvoch parazitných parametrov priechodu
Signálové zapojenie na doske PCB by sa nemalo meniť, pokiaľ je to možné, to znamená, že sa snažte nepoužívať zbytočné prestupy.
Prechody musia byť vyvŕtané do kolíkov napájacieho zdroja a zeme.Čím kratší je náskok medzi kolíkmi a priechodkami, tým lepšie.Na zníženie ekvivalentnej indukčnosti je možné vyvŕtať viacero otvorov paralelne.
Umiestnite niekoľko uzemnených priechodných otvorov v blízkosti priechodných otvorov zmeny signálu, aby ste zabezpečili najbližšiu slučku pre signál.Na dosku PCB môžete dokonca umiestniť nejaké prebytočné uzemňovacie otvory.
Pre vysokorýchlostné dosky plošných spojov s vysokou hustotou môžete zvážiť použitie mikrootvorov.