Via je ena od pomembnih komponent večplastnih PCB, stroški vrtanja pa običajno predstavljajo 30% do 40% stroškov plošče PCB. Preprosto povedano, vsako luknjo na PCB lahko imenujemo A Via.
Osnovni koncept via:
Z vidika funkcije lahko via razdelimo v dve kategoriji: ena se uporablja kot električna povezava med plastmi, drugi pa se uporablja kot pritrditev ali pozicioniranje naprave. Če so te luknje na splošno razdeljene v tri kategorije, in sicer slepe luknje, zakopane luknje in skozi luknje.
Slepe luknje so nameščene na zgornji in spodnji površini tiskane vezje in imajo določeno globino za povezavo površinskega vezja in notranjega vezja spodaj, globina lukenj pa običajno ne presega določenega razmerja (odprtina).
Pokopana luknja se nanaša na luknjo za priključitev, ki se nahaja v notranji plasti tiskane vezje, ki se ne razširi na površino plošče. Zgornji dve vrsti lukenj sta nameščeni v notranji plasti vezje, ki jo pred laminacijo zaključi postopek oblikovanja skozi luknje, med tvorbo skozi luknjo pa se lahko prekriva več notranjih plasti.
Tretja vrsta se imenuje skozi luknje, ki prehajajo skozi celotno vezje in se lahko uporabi za doseganje notranje medsebojne povezave ali kot kot luknje za namestitev za komponente. Ker je skozi luknjo v postopku lažje doseči in so stroški nižji, ga uporablja velika večina tiskanih vezijskih plošč, ne pa druga dva skozi luknje. Naslednje luknje, brez posebnih navodil, veljajo za skozi luknje.
Z vidika oblikovanja je A Via v glavnem sestavljen iz dveh delov, eden je sredina vrtalne luknje, druga pa je območje varilne ploščice okoli vrtalne luknje. Velikost teh dveh delov določa velikost via.
Očitno je, da v hitri zasnovi PCB z visoko hitrostjo oblikovalci vedno želijo luknjo čim manj, tako da lahko ostane več prostora za ožičenje, poleg tega pa je manjša via, lastna parazitska kapacitivnost je manjša, primernejša za vezja za visoke hitrosti.
Vendar pa zmanjšanje velikosti via prinaša tudi povečanje stroškov, velikosti luknje pa ni mogoče zmanjšati v nedogled, je omejena s tehnologijo vrtanja in galvaniranja: manjša kot je luknja, dlje je vrtanje, lažje je odstopiti od središča; Ko je globina luknje več kot 6 -krat večja od premera luknje, je nemogoče zagotoviti, da je stena luknje enakomerno obložena z bakrom.
Na primer, če je debelina (skozi globino luknje) običajne 6-slojne plošče PCB 50 milijonov, potem lahko minimalni premer vrtanja, ki ga lahko proizvajalci PCB zagotovijo v normalnih pogojih, doseže le 8 milijonov. Z razvojem tehnologije laserskega vrtanja je lahko velikost vrtanja tudi manjša in manjša, premer luknje pa je na splošno manjši ali enak 6mil, ki jih imenujemo mikrohole.
Mikrolobale se pogosto uporabljajo pri oblikovanju HDI (medsebojne povezave z visoko gostoto), tehnologija mikrohol pa lahko omogoči neposredno vrtanje luknje na ploščici, kar močno izboljša zmogljivost vezja in prihrani prostor za ožičenje. Via se pojavlja kot prelomna točka diskontinuitete impedance na daljnovodu, kar povzroči odsev signala. Na splošno je enakovredna impedanca luknje približno 12% nižja od daljnovoda, na primer, impedanca 50 ohmov se bo zmanjšala za 6 ohmov, ko gre skozi luknjo (natančneje in velikost via, debelina plošče je povezana tudi, ne pa absolutno redukcijo).
Vendar je odsev, ki ga povzroči prekinitev impedance, pravzaprav zelo majhen, njegov koeficient odseva pa je le:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Težave, ki izhajajo iz via, so bolj osredotočene na učinke parazitske kapacitivnosti in induktivnosti.
Prek parazitske kapacitivnosti in induktivnosti
V sebi je parazitska potepuška kapacitivnost. Če je premer območja uporov spajke na položeni plasti D2, premer podstavke za spajdorje D1, debelina plošče PCB je T, dielektrična konstanta podlage pa ε, parazitska kapacitivnost skozi luknjo je približno:
C = 1.41εTD1/(D2-D1)
Glavni učinek parazitske kapacitivnosti na vezju je podaljšanje časa vzpona signala in zmanjšanje hitrosti vezja.
Na primer, za PCB z debelino 50 milijonov, če je premer blazinice 20 milijonov (premer vrtalne luknje je 10 milijonov), premer območja upornosti spajke pa 40 milijonov, nato pa lahko približamo parazitsko kapacitivnost via z zgornjo formulo:
C = 1,41x4.4x0.050x0.020/(0,040-0.020) = 0,31pf
Količina spreminjanja časa vzpona, ki jo povzroča ta del kapacitivnosti, je približno:
T10-90 = 2,2C (z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Iz teh vrednosti je razvidno, da čeprav uporabnost zamude v porastu, ki jo povzroči parazitska kapacitivnost enega samega, ni zelo očitna, če se VIA večkrat uporablja za preklapljanje med plastmi, bo uporabljeno več lukenj in natančno upoštevati zasnovo. V dejanski zasnovi se lahko parazitska kapacitivnost zmanjša s povečanjem razdalje med luknjo in bakrenim območjem (proti blatu) ali zmanjšanjem premera blazinice.
Pri zasnovi hitrih digitalnih vezij je škoda, ki jo povzroči parazitska induktivnost, pogosto večja od vpliva parazitske kapacitivnosti. Njegova induktivnost parazitskih serij bo oslabila prispevek obvodne kondenzatorja in oslabila učinkovitost filtriranja celotnega elektroenergetskega sistema.
S pomočjo naslednje empirične formule lahko preprosto izračunamo parazitsko induktivnost približevanja skozi luknjo:
L = 5,08h [ln (4H/d) +1]
Kadar se L nanaša na induktivnost via, je h dolžina via in d premer osrednje luknje. Iz formule je razvidno, da premer via malo vpliva na induktivnost, medtem ko dolžina via največji vpliv na induktivnost. Še vedno z zgornjim primerom je mogoče izračunati induktivnost izven luknje kot:
L = 5,08x0.050 [ln (4x0.050/0,010) +1] = 1.015NH
Če je čas vzpona signala 1NS, potem je njegova enakovredna velikost impedance:
Xl = πl/t10-90 = 3.19Ω
Takšne impedance ni mogoče prezreti v prisotnosti visokofrekvenčnega toka skozi zlasti, upoštevajte, da mora obvodni kondenzator pri povezovanju napajalne plasti in tvorbe prehoditi dve luknji, tako da se bo parazitska induktivnost luknje pomnožila.
Kako uporabiti via?
Z zgornjo analizo parazitskih značilnosti luknje lahko vidimo, da pri oblikovanju hitrega PCB na videz preproste luknje pogosto prinašajo velike negativne učinke v zasnovo vezja. Da bi zmanjšali škodljive učinke, ki jih povzroča parazitski učinek luknje, je zasnova lahko čim bolj:
Iz dveh vidikov stroškov in kakovosti signala izberite razumno velikost via. Če je potrebno, lahko razmislite o uporabi različnih velikosti VIA, na primer za napajanje ali ozemljitvene žice, lahko razmislite o uporabi večje velikosti za zmanjšanje impedance, za ožičenje signala pa lahko uporabite manjše prek. Seveda se bo, ker se velikost via zmanjšuje, tudi ustrezni stroški povečali
Obe zgoraj obravnavani formuli je mogoče sklepati, da uporaba tanjšega PCB plošče ugotavlja za zmanjšanje dveh parazitskih parametrov via
Ožičenja signala na plošči PCB ne bi smeli spreminjati, kolikor je mogoče, to pomeni, da poskusite ne uporabljati nepotrebnih VIA.
Vias je treba vrtati v zatiče napajalnika in tla. Krajši kot je svinec med zatiči in vias, tem bolje. Za zmanjšanje enakovredne induktivnosti je mogoče vzporedno vrtati več lukenj.
Nekaj ozemljenih lukenj postavite v bližini luknje spremembe signala, da zagotovite najbližjo zanko za signal. Na ploščo PCB lahko celo postavite nekaj odvečnih lukenj.
Za visoke hitrostne plošče PCB z visoko gostoto lahko razmislite o uporabi mikro lukenj.