Прелаз је једна од важних компоненти вишеслојне ПЦБ, а трошкови бушења обично чине 30% до 40% цене ПЦБ плоче. Једноставно речено, свака рупа на ПЦБ-у се може назвати прелазом.
Основни концепт виа:
Са становишта функције, прикључак се може поделити у две категорије: један се користи као електрична веза између слојева, а други се користи као фиксирање или позиционирање уређаја. Ако се из процеса, ове рупе генерално деле у три категорије, и то слепе рупе, затрпане рупе и пролазне рупе.
Слепе рупе се налазе на горњој и доњој површини штампане плоче и имају одређену дубину за повезивање површинског кола и унутрашњег кола испод, а дубина рупа обично не прелази одређени однос (отвор бленде).
Закопана рупа се односи на рупу за повезивање која се налази у унутрашњем слоју штампане плоче, која се не протеже до површине плоче. Горе наведене две врсте рупа налазе се у унутрашњем слоју плоче, који се завршава процесом обликовања кроз рупе пре ламинације, а неколико унутрашњих слојева се може преклапати током формирања пролазне рупе.
Трећи тип се називају пролазне рупе, које пролазе кроз целу плочу и могу се користити за постизање унутрашњег међусобног повезивања или као рупе за постављање компоненти. Пошто је пролазни отвор лакше постићи у процесу и цена је нижа, велика већина штампаних плоча га користи, а не друге две пролазне рупе. Следеће рупе, без посебних упутстава, сматрају се пролазним.
Са тачке гледишта дизајна, пролаз се углавном састоји од два дела, један је средина рупе за бушење, а други је област подлоге за заваривање око рупе за бушење. Величина ова два дела одређује величину виа.
Очигледно, у дизајну ПЦБ-а велике брзине и високе густине, дизајнери увек желе да рупа буде што мања, тако да се може оставити више простора за ожичење, поред тога, што је мањи пролаз, његов сопствени паразитски капацитет је мањи, погоднији за кола велике брзине.
Међутим, смањење величине отвора такође доводи до повећања трошкова, а величина рупе се не може смањивати бесконачно, она је ограничена технологијом бушења и галванизације: што је мања рупа, што дуже бушење траје, то је лакше. је одступање од центра; Када је дубина рупе више од 6 пута већа од пречника рупе, немогуће је осигурати да се зид рупе може равномерно обложити бакром.
На пример, ако је дебљина (дубина рупе) нормалне 6-слојне ПЦБ плоче 50 Мил, онда минимални пречник бушења који произвођачи ПЦБ-а могу да обезбеде у нормалним условима може да достигне само 8 Мил. Са развојем технологије ласерског бушења, величина бушења такође може бити све мања и мања, а пречник рупе је углавном мањи или једнак 6Милс, називамо се микрорупама.
Микрорупе се често користе у дизајну ХДИ (структуре међусобног повезивања високе густине), а технологија микрорупа може омогућити да се рупа избуши директно на подлози, што у великој мери побољшава перформансе кола и штеди простор за ожичење. Преко се појављује као тачка прекида дисконтинуитета импедансе на далеководу, што узрокује рефлексију сигнала. Генерално, еквивалентна импеданса рупе је око 12% нижа од далековода, на пример, импеданса далековода од 50 ома ће бити смањена за 6 ома када прође кроз рупу (конкретно и величина пролаза, дебљина плоче је такође повезана, а не апсолутно смањење).
Међутим, рефлексија узрокована дисконтинуитетом импедансе преко је заправо веома мала, а њен коефицијент рефлексије је само:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Проблеми који произилазе из виа су више концентрисани на ефекте паразитног капацитета и индуктивности.
Паразитни капацитет и индуктивност Виа-а
У самом пролазу постоји паразитски лутајући капацитет. Ако је пречник зоне отпора лемљења на положеном слоју Д2, пречник јастучића за лемљење је Д1, дебљина ПЦБ плоче је Т, а диелектрична константа подлоге је ε, паразитски капацитет пролазног отвора је приближно:
Ц=1,41εТД1/(Д2-Д1)
Главни ефекат паразитне капацитивности на коло је да продужи време пораста сигнала и смањи брзину кола.
На пример, за ПЦБ дебљине 50Мил, ако је пречник пролазне јастучића 20Мил (пречник рупе за бушење је 10Мил) и пречник зоне отпорности лемљења је 40Мил, онда можемо апроксимирати паразитну капацитивност преко горње формуле:
Ц=1,41к4,4к0,050к0,020/(0,040-0,020)=0,31пФ
Количина промене времена пораста узрокована овим делом капацитивности је отприлике:
Т10-90=2.2Ц(З0/2)=2.2к0.31к(50/2)=17.05пс
Из ових вредности се може видети да, иако корисност кашњења пораста изазваног паразитском капацитивношћу једног пролаза није баш очигледна, ако се вез користи неколико пута у линији за пребацивање између слојева, користиће се више рупа, а дизајн треба пажљиво размотрити. У стварном дизајну, паразитна капацитивност се може смањити повећањем растојања између рупе и бакарне површине (Анти-пад) или смањењем пречника јастучића.
У дизајну дигиталних кола велике брзине, штета узрокована паразитском индуктивношћу је често већа од утицаја паразитне капацитивности. Његова паразитска серијска индуктивност ће ослабити допринос бајпас кондензатора и ослабити ефикасност филтрирања целог система напајања.
Можемо користити следећу емпиријску формулу да једноставно израчунамо паразитску индуктивност апроксимације кроз рупу:
Л=5,08х[лн(4х/д)+1]
Где се Л односи на индуктивност прелаза, х је дужина пролаза, а д је пречник централне рупе. Из формуле се види да пречник отвора има мали утицај на индуктивност, док дужина пролаза има највећи утицај на индуктивност. И даље користећи горњи пример, индуктивност ван рупе се може израчунати као:
Л=5,08к0,050[лн(4к0,050/0,010)+1]=1,015нХ
Ако је време пораста сигнала 1нс, онда је његова еквивалентна величина импедансе:
КСЛ=πЛ/Т10-90=3.19Ω
Таква импеданса се не може занемарити у присуству високофреквентне струје кроз, посебно имајте на уму да обилазни кондензатор треба да прође кроз две рупе приликом повезивања слоја снаге и формације, тако да ће се паразитска индуктивност рупе помножити.
Како користити виа?
Кроз горњу анализу паразитних карактеристика рупе, можемо видети да у дизајну ПЦБ-а велике брзине, наизглед једноставне рупе често доносе велике негативне ефекте на дизајн кола. Да би се смањили штетни ефекти изазвани паразитским ефектом рупе, дизајн може бити што је могуће даље:
Из два аспекта цене и квалитета сигнала, изаберите разумну величину прикључка. Ако је потребно, можете размислити о коришћењу различитих величина пролаза, као што су рупе за напајање или жицу за уземљење, можете размислити о коришћењу веће величине да бисте смањили импедансу, а за сигнално ожичење можете користити мањи прикључак. Наравно, како се величина прелаза смањује, одговарајући трошак ће такође расти
Две формуле о којима смо горе говорили могу се закључити да употреба тање ПЦБ плоче доприноси смањењу два паразитска параметра везног споја.
Сигнално ожичење на ПЦБ плочи не треба мењати колико год је то могуће, то јест, покушајте да не користите непотребне прелазе.
Прикључци морају бити избушени у пинове напајања и земљу. Што је краћи вод између пинова и отвора, то боље. Више рупа се може избушити паралелно да би се смањила еквивалентна индуктивност.
Поставите неке уземљене пролазне рупе близу пролазних рупа промене сигнала да бисте обезбедили најближу петљу за сигнал. Можете чак поставити и неке вишке рупа за уземљење на ПЦБ плочи.
За ПЦБ плоче велике брзине са великом густином, можете размислити о коришћењу микро-рупа.