Via är en av de viktiga komponenterna i flerskikts-PCB, och kostnaden för borrning står vanligtvis för 30% till 40% av kostnaden för PCB-kort.Enkelt uttryckt kan varje hål på PCB kallas en via.
Grundkonceptet för via:
Ur funktionssynpunkt kan viaen delas in i två kategorier: den ena används som en elektrisk förbindelse mellan lagren och den andra används som fixering eller positionering av anordningen.Om från processen är dessa hål generellt indelade i tre kategorier, nämligen blinda hål, nedgrävda hål och genomgående hål.
Blindhål finns på kretskortets övre och undre ytor och har ett visst djup för anslutningen av ytkretsen och den inre kretsen under, och hålens djup överstiger vanligtvis inte ett visst förhållande (öppning).
Det nedgrävda hålet hänvisar till anslutningshålet i det inre lagret av kretskortet, som inte sträcker sig till kortets yta.Ovanstående två typer av hål är placerade i det inre lagret av kretskortet, vilket fullbordas av den genomgående hålformningsprocessen före laminering, och flera inre lager kan överlappas under bildandet av det genomgående hålet.
Den tredje typen kallas genomgående hål, som går genom hela kretskortet och kan användas för att åstadkomma intern sammankoppling eller som installationspositioneringshål för komponenter.Eftersom det genomgående hålet är lättare att uppnå i processen och kostnaden är lägre, använder de allra flesta kretskort det snarare än de andra två genomgående hålen.Följande hål, utan särskilda instruktioner, betraktas som genomgående hål.
Ur designsynpunkt är en via huvudsakligen sammansatt av två delar, en är mitten av borrhålet och den andra är svetsdynans område runt borrhålet.Storleken på dessa två delar avgör storleken på via.
Uppenbarligen, i höghastighets- och högdensitets-PCB-design, vill designerna alltid ha hålet så litet som möjligt, så att mer ledningsutrymme kan lämnas, dessutom, ju mindre via, dess egen parasitiska kapacitans är mindre, mer lämplig för höghastighetskretsar.
Minskningen av genomgångsstorleken medför dock också en ökning av kostnaderna, och storleken på hålet kan inte minskas på obestämd tid, den begränsas av borrnings- och galvaniseringsteknik: ju mindre hålet är, ju längre tid borrningen tar, desto lättare är det. är att avvika från centrum;När hålets djup är mer än 6 gånger hålets diameter är det omöjligt att säkerställa att hålväggen kan pläteras jämnt med koppar.
Till exempel, om tjockleken (genom håldjupet) på ett normalt 6-lagers PCB-kort är 50Mil, då kan den minsta borrdiameter som PCB-tillverkare kan tillhandahålla under normala förhållanden endast nå 8Mil.Med utvecklingen av laserborrningsteknik kan storleken på borrningen också bli mindre och mindre, och hålets diameter är i allmänhet mindre än eller lika med 6Mils, vi kallas mikrohål.
Mikrohål används ofta i HDI-design (high density interconnect structure), och mikrohålsteknik kan tillåta att hålet borras direkt på dynan, vilket avsevärt förbättrar kretsens prestanda och sparar ledningsutrymme.Via uppträder som en brytpunkt för impedansdiskontinuitet på transmissionsledningen, vilket orsakar en reflektion av signalen.I allmänhet är hålets ekvivalenta impedans cirka 12 % lägre än transmissionsledningen, till exempel kommer impedansen för en 50 ohm transmissionsledning att minska med 6 ohm när den passerar genom hålet (specifikt och storleken på via, plåttjockleken är också relaterad, inte en absolut minskning).
Reflexionen som orsakas av impedansdiskontinuiteten via är dock faktiskt mycket liten, och dess reflektionskoefficient är endast:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemen som uppstår från via är mer koncentrerade på effekterna av parasitisk kapacitans och induktans.
Vias parasitiska kapacitans och induktans
Det finns en parasitisk strökapacitans i via sig själv.Om diametern på lödmotståndszonen på det lagda lagret är D2, är diametern på löddynan D1, tjockleken på PCB-kortet är T och substratets dielektriska konstant är ε, parasitkapacitansen för det genomgående hålet är ungefär:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Huvudeffekten av den parasitiska kapacitansen på kretsen är att förlänga signalens stigtid och minska kretsens hastighet.
Till exempel, för en PCB med en tjocklek på 50Mil, om diametern på viadynan är 20Mil (diametern på borrhålet är 10Mils) och diametern på lödmotståndszonen är 40Mil, då kan vi approximera den parasitiska kapacitansen av via formeln ovan:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Mängden stigtidsförändring som orsakas av denna del av kapacitansen är ungefär:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Det kan ses från dessa värden att även om nyttan av stigningsfördröjningen orsakad av den parasitära kapacitansen hos en enda viagång inte är särskilt uppenbar, kommer flera hål att användas flera gånger i linjen för att växla mellan lager, och designen bör noga övervägas.I själva designen kan den parasitiska kapacitansen minskas genom att öka avståndet mellan hålet och kopparområdet (Anti-pad) eller minska diametern på dynan.
Vid utformningen av digitala höghastighetskretsar är skadan som orsakas av den parasitära induktansen ofta större än påverkan av den parasitiska kapacitansen.Dess parasitiska serieinduktans kommer att försvaga bidraget från bypass-kondensatorn och försvaga filtreringseffektiviteten för hela kraftsystemet.
Vi kan använda följande empiriska formel för att helt enkelt beräkna den parasitiska induktansen för en approximation genom hålet:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
Där L hänvisar till induktansen för via, är h längden på via, och d är diametern på det centrala hålet.Det kan ses av formeln att diametern på vian har liten inverkan på induktansen, medan längden på vian har störst inverkan på induktansen.Fortfarande med exemplet ovan kan induktansen utanför hålet beräknas som:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Om stigtiden för signalen är 1ns, är dess ekvivalenta impedansstorlek:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Sådan impedans kan inte ignoreras i närvaro av högfrekvent ström genom, i synnerhet, observera att bypass-kondensatorn måste passera genom två hål vid anslutning av kraftskiktet och formationen, så att hålets parasitiska induktans kommer att multipliceras.
Hur använder man via?
Genom ovanstående analys av hålets parasitegenskaper kan vi se att i höghastighets-PCB-design ger till synes enkla hål ofta stora negativa effekter på designen av kretsen.För att minska de negativa effekterna som orsakas av hålets parasiteffekt kan designen vara så långt som möjligt:
Från de två aspekterna av kostnad och signalkvalitet, välj en rimlig storlek på via-storleken.Vid behov kan du överväga att använda olika storlekar på vias, som till exempel för strömförsörjning eller jordledningshål, du kan överväga att använda en större storlek för att minska impedansen och för signalledningar kan du använda en mindre via.När storleken på vian minskar kommer naturligtvis också motsvarande kostnad att öka
De två formlerna som diskuterats ovan kan dras slutsatsen att användningen av ett tunnare PCB-kort bidrar till att reducera de två parasitära parametrarna för via
Signalledningarna på PCB-kortet bör inte ändras så långt det är möjligt, det vill säga försök att inte använda onödiga vias.
Vias måste borras i stiften på nätaggregatet och marken.Ju kortare ledningen mellan stiften och viaorna är, desto bättre.Flera hål kan borras parallellt för att minska motsvarande induktans.
Placera några jordade genomgående hål nära de genomgående hålen i signalbytet för att ge den närmaste slingan för signalen.Du kan till och med placera några överflödiga jordhål på PCB-kortet.
För höghastighetskretskort med hög densitet kan du överväga att använda mikrohål.