Via je jednou z dôležitých komponentov viacvrstvových PCB a náklady na vŕtanie zvyčajne predstavujú 30% až 40% nákladov na dosku PCB. Jednoducho povedané, každý otvor na doske sa dá nazývať Via.
Základný koncept VIA:
Z hľadiska funkcie sa môže Via rozdeliť do dvoch kategórií: jedna sa používa ako elektrické spojenie medzi vrstvami a druhá sa používa ako upevnenie alebo umiestnenie zariadenia. Ak sa z tohto procesu, tieto diery sú vo všeobecnosti rozdelené do troch kategórií, konkrétne slepých dier, zakopaných dier a otvorov.
Slepé otvory sú umiestnené na horných a dolných povrchoch dosky tlačeného obvodu a majú určitú hĺbku pre spojenie povrchového obvodu a vnútorného obvodu nižšie a hĺbka dier zvyčajne nepresahuje určitý pomer (clona).
Zakopaný otvor sa vzťahuje na pripojený otvor umiestnený vo vnútornej vrstve dosky s tlačenými obvodmi, ktorá sa nerozširuje na povrch dosky. Vyššie uvedené dva typy dier sú umiestnené vo vnútornej vrstve dosky obvodu, ktorá je dokončená procesom formovania otvorov pred lamináciou, a niekoľko vnútorných vrstiev sa môže prekročiť počas tvorby otvoru.
Tretí typ sa nazýva priechodné diery, ktoré prechádzajú celú dosku obvodu a môžu sa použiť na dosiahnutie interného prepojenia alebo ako otvory na polohovanie inštalácií pre komponenty. Pretože v procese sa dá ľahšie dosiahnuť otvor a náklady sú nižšie, prevažná väčšina dosiek s tlačenými obvodmi ho používa skôr ako ostatné dva otvory. Nasledujúce diery, bez zvláštnych pokynov, sa považujú za diery.
Z hľadiska konštrukcie sa A VIA skladá hlavne z dvoch častí, jedna je stredom vŕtacieho otvoru a druhým je oblasť zváracej podložky okolo vŕtacieho otvoru. Veľkosť týchto dvoch častí určuje veľkosť Via.
Je zrejmé, že vo vysokorýchlostnom dizajne DPS s vysokou hustotou, dizajnéri vždy chcú otvor čo najmenší, takže môže byť navyše viac zapojenia, čím menší je Via, jeho vlastná parazitická kapacita je menšia, vhodnejšia pre vysokorýchlostné obvody.
Zníženie veľkosti VIA však tiež prináša zvýšenie nákladov a veľkosť otvoru sa nedá znížiť na neurčito, je obmedzená vŕtacou a elektrotechnickou technológiou: čím menšia je otvor, čím dlhšie je vŕtanie, tým ľahšie sa odchyľuje od stredu; Ak je hĺbka otvoru viac ako 6 -násobok priemeru otvoru, nie je možné zabezpečiť, aby stena otvoru mohla byť rovnomerne pokrytá meďou.
Napríklad, ak je hrúbka (hĺbkou otvoru) normálnej 6-vrstvovej dosky PCB 50 míl, potom minimálny priemer vŕtania, ktorý môžu výrobcovia DPS poskytovať za normálnych podmienok, môže dosiahnuť iba 8 miliónov. S vývojom laserovej vŕtacej technológie môže byť veľkosť vŕtania tiež menšia a menšia a priemer otvoru je vo všeobecnosti menší alebo rovný 6mil, nazývame sa mikropodniky.
Microholes sa často používajú pri návrhu HDI (interconnect Structund Structure s vysokou hustotou) a technológia mikrokóle môže umožniť priamo vŕtanie otvoru na podložke, čo výrazne zlepšuje výkon obvodu a uloží priestor zapojenia. Via sa javí ako bod prerušenia diskontinuity impedancie na prenosovej linke, čo spôsobuje odraz signálu. Všeobecne platí, že ekvivalentná impedancia otvoru je asi o 12% nižšia ako prenosová vedenie, napríklad impedancia prenosového vedenia 50 ohmov sa zníži o 6 ohmov, keď prechádza otvorom (konkrétne a veľkosť VIA, hrúbka doštičky súvisí aj o absolútnej redukcii).
Odraz spôsobený diskontinuitou impedancie Via je však v skutočnosti veľmi malý a jeho koeficient odrazu je iba:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problémy vznikajúce z VIA sú viac koncentrované na účinky parazitickej kapacity a indukčnosti.
Via's parazitická kapacita a indukčnosť
V samotnom Via je parazitická túlavá kapacita. Ak je priemer zóny odporu spájkovania na položenej vrstve D2, priemer spájkovacej podložky je D1, hrúbka dosky DPS je T a dielektrická konštanta substrátu je ε, parazitická kapacita otvoru cez otvor je približne:
C = 1,41εTd1/(D2-D1)
Hlavným účinkom parazitickej kapacity na obvod je predĺžiť čas nárastu signálu a zníženie rýchlosti obvodu.
Napríklad pre DPS s hrúbkou 50 míl, ak je priemer podložky Via 20 miliónov (priemer vŕtacieho otvoru je 10 miliónov) a priemer zóny rezistencie na spájku je 40 miliónov, potom môžeme približovať parazitickú kapacitu VIA podľa vyššie uvedeného vzorca:
C = 1,41 x 4,4x0.050x0.020/(0,040-0,020) = 0,31pf
Množstvo zmeny času nárastu spôsobenej touto časťou kapacity je zhruba:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Z týchto hodnôt je zrejmé, že hoci užitočnosť oneskorenia vzostupu spôsobená parazitnou kapacitou jedného Via nie je veľmi zrejmá, ak sa Via použije niekoľkokrát v linke na zmenu medzi vrstvami, použije sa viac dier a dizajn by sa mal starostlivo zvážiť. V skutočnom dizajne sa parazitická kapacita môže znížiť zvýšením vzdialenosti medzi otvorom a plochou medi (anti-PAD) alebo znížením priemeru podložky.
Pri návrhu vysokorýchlostných digitálnych obvodov je škoda spôsobená parazitickou indukčnosťou často väčšia ako vplyv parazitickej kapacity. Jeho indukčnosť parazitických sérií oslabí príspevok obtokového kondenzátora a oslabí účinnosť filtrovania celého energetického systému.
Na jednoduché výpočet parazitickej indukčnosti aproximácie cez otvor môžeme použiť nasledujúci empirický vzorec:
L = 5,08H [LN (4h/d) +1]
Kde L odkazuje na indukčnosť VIA, H je dĺžka Via a D je priemer centrálneho otvoru. Z vzorca je zrejmé, že priemer Via má malý vplyv na indukčnosť, zatiaľ čo dĺžka VIA má najväčší vplyv na indukčnosť. Stále použite vyššie uvedený príklad, indukčnosť mimo otvoru sa dá vypočítať ako:
L = 5,08x0,050 [LN (4x0,050/0,010) +1] = 1,015nh
Ak je čas nárastu signálu 1NS, potom jej ekvivalentná veľkosť impedancie je:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Túto impedanciu nemožno ignorovať v prítomnosti vysokofrekvenčného prúdu prostredníctvom najmä v pozore, že kondenzátor obtoku musí prejsť dvoma otvormi pri prepojení energie a formácie, aby sa vynásobila parazitická indukčnosť otvoru.
Ako používať Via?
Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy parazitických charakteristík diery vidíme, že pri vysokorýchlostnom dizajne PCB zdanlivo jednoduché diery často prinášajú na návrh obvodu veľké negatívne účinky. Aby sa znížili nepriaznivé účinky spôsobené parazitickým účinkom otvoru, návrh môže byť čo najviac:
Z dvoch aspektov nákladov a kvality signálu vyberte primeranú veľkosť veľkosti VIA. Ak je to potrebné, môžete zvážiť použitie rôznych veľkostí vied, napríklad pre napájacie napájanie alebo otvory na vodiče uzemnenia, môžete zvážiť použitie väčšej veľkosti na zníženie impedancie a na zapojenie signálu môžete použiť menšiu VIA. Samozrejme, ako sa zmenšuje veľkosť VIA, zodpovedajúce náklady sa tiež zvýšia
Dva vzorce diskutované vyššie je možné dospieť k záveru, že použitie tenšej dosky DPS vedie k zníženiu dvoch parazitických parametrov VIA
Vedenie signálu na doske PCB by sa nemalo meniť tak ďaleko, čo znamená, snažte sa nepoužívať zbytočné priechodky.
Vias sa musí vyvŕtať do kolíkov napájania a zeme. Čím kratšie je vedenie medzi špendlíkmi a priechodmi, tým lepšie. Viac otvorov je možné vyvŕtať paralelne, aby sa znížila ekvivalentná indukčnosť.
Umiestnite niektoré uzemnené diery v blízkosti priestranných otvorov zmeny signálu, aby ste poskytli najbližšiu slučku pre signál. Na dosku DPS môžete dokonca umiestniť niekoľko prebytočných pozemných otvorov.
V prípade vysokorýchlostných dosiek DPS s vysokou hustotou môžete zvážiť použitie mikroplníkov.