VIA är en av de viktiga komponenterna i Multi-Layer 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.
Det grundläggande konceptet för via:
Ur funktionssynpunkt kan VIA VIA delas upp i två kategorier: en används som en elektrisk anslutning mellan skikten, och den andra används som en fixering eller positionering av enheten. Om dessa hål är i allmänhet uppdelade i tre kategorier, nämligen blinda hål, begravda hål och genom hål.
Blindhål är belägna på topp- och bottenytorna på det tryckta kretskortet och har ett visst djup för anslutningen av ytkretsen och den inre kretsen nedan, och djupet på hålen överskrider vanligtvis inte ett visst förhållande (bländare).
Det begravda hålet hänvisar till anslutningshålet som ligger i det inre skiktet på det tryckta kretskortet, som inte sträcker sig till brädets yta. Ovanstående två typer av hål är belägna i det inre skiktet på kretskortet, som avslutas genom genomgångsprocessen genom hålet före laminering, och flera inre skikt kan överlappas under bildandet av genomhålet.
Den tredje typen kallas genomhål, som passerar genom hela kretskortet och kan användas för att uppnå intern sammankoppling eller som installationspositioneringshål för komponenter. Eftersom genomhålet är lättare att uppnå i processen och kostnaden är lägre använder den stora majoriteten av tryckta kretskort det, snarare än de andra två genom hål. Följande hål, utan speciella instruktioner, betraktas som genom hål.
Ur konstruktionssynpunkt består A Via huvudsakligen av två delar, en är mitten av borrhålet, och den andra är svetsplattan runt borrhålet. Storleken på dessa två delar avgör storleken på VIA.
Självklart, i höghastighets, högdensitet PCB-design, vill designarna alltid hålet så litet som möjligt, så att mer ledningsutrymme kan lämnas, dessutom, ju mindre den via, sin egen parasitiska kapacitans är mindre, mer lämplig för höghastighetskretsar.
Minskningen av via storleken ger emellertid också en ökning av kostnaderna, och hålets storlek kan inte minskas på obestämd tid, den är begränsad av borrning och elektropläteringsteknik: ju mindre hålet, ju längre borrning tar, desto lättare är det att avvika från mitten; 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 håldjup) för ett normalt 6-lagers PCB-kort är 50 mil, kan den minsta borrdiameter som PCB-tillverkare kan tillhandahålla under normala förhållanden endast nå 8 mil. Med utvecklingen av laserborrningsteknik kan borrningens storlek också vara mindre och mindre, och hålets diameter är i allmänhet mindre än eller lika med 6 mil, kallas vi mikrohål.
Mikrohål används ofta i HDI (High Density Interconnect Structure) design, och mikrohålteknologi kan tillåta hålet att borras direkt på dynan, vilket förbättrar kretsprestanda och sparar ledningsutrymmet. Via visas som en brytpunkt för impedansavbrott på transmissionslinjen, vilket orsakar en återspegling av signalen. Generellt sett är den motsvarande impedansen för hålet cirka 12% lägre än överföringslinjen, till exempel kommer impedansen för en 50 ohm -transmissionslinje att reduceras med 6 ohm när det passerar genom hålet (specifikt och storleken på VIA, plattans tjocklek är också relaterad, inte en absolut reduktion).
Men reflektionen orsakad av impedansavbrottet via är faktiskt mycket liten, och dess reflektionskoefficient är bara:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemen som uppstår från VIA är mer koncentrerade på effekterna av parasitkapacitans och induktans.
Via's parasitiska kapacitans och induktans
Det finns en parasitisk herrelös kapacitans i själva via sig själv. Om diametern för lödmotståndszonen på det avslappnade skiktet är D2, är lodkuddens diameter D1, tjockleken på PCB -kortet är T, och den dielektriska konstanten för underlaget är ε, den parasitiska kapacitansen för det genomgående hålet är ungefär:
C = 1,41εtd1/(d2-d1)
Huvudeffekten av parasitkapacitansen på kretsen är att förlänga stigningstiden för signalen och minska kretsens hastighet.
Till exempel, för en PCB med en tjocklek på 50 mil, om diametern på Via Pad är 20 miljoner (Diametern för borrhålet är 10 mil) och diametern för lödmotståndszonen är 40 miljoner, kan vi ungefär den parasitiska kapacitansen för via ovanstående formel:
C = 1,41x4.4x0.050x0.020/(0,040-0.020) = 0,31PF
Mängden ökningstidsförändring som orsakas av denna del av kapacitansen är ungefär:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Det framgår av dessa värden att även om användbarheten av ökningsförseningen orsakad av parasitkapacitansen för en singel via är inte särskilt uppenbar, om VIA används flera gånger i linjen för att växla mellan lager, kommer flera hål att användas och designen bör noggrant övervägas. I den faktiska designen kan parasitkapacitansen reduceras genom att öka avståndet mellan hålet och kopparområdet (anti-Pad) eller minska dynans diameter.
Vid utformningen av höghastighets digitala kretsar är skadan orsakad av den parasitiska induktansen ofta större än påverkan av den parasitiska kapacitansen. Dess parasitiska serieinduktans kommer att försvaga bidraget från förbikopplingskondensatorn och försvaga filtreringseffektiviteten för hela kraftsystemet.
Vi kan använda följande empiriska formel för att helt enkelt beräkna den parasitiska induktansen för en genomgångsuppskattning:
L = 5,08H [ln (4H/D) +1]
Där L hänvisar till induktansen av VIA, är H längden på Via, och D är diametern på det centrala hålet. Det kan ses från formeln att diametern på VIA har liten inflytande på induktansen, medan längden på VIA har det största inflytandet på induktansen. Fortfarande med ovanstående exempel kan induktansen utanför hålet beräknas som:
L = 5,08x0,050 [LN (4x0,050/0,010) +1] = 1,015NH
Om signalens stigningstid är 1NS, är dess motsvarande impedansstorlek:
Xl = πl/t10-90 = 3,19Ω
Sådan impedans kan inte ignoreras i närvaro av högfrekventa ström genom särskilt att förbikopplingskondensatorn måste passera genom två hål när man ansluter kraftskiktet och formationen, så att den parasitiska induktansen av hålet kommer att multipliceras.
Hur använder jag via?
Genom ovanstående analys av de parasitiska egenskaperna hos hålet kan vi se att i höghastighets-PCB-design, till synes enkla hål ofta ger stora negativa effekter på kretsens utformning. För att minska de biverkningar som orsakas av hålets parasitiska effekt kan designen vara så långt som möjligt:
Välj en rimlig storlek på via storlek från de två aspekterna av kostnad och signalkvalitet. Vid behov kan du överväga att använda olika storlekar på vias, till exempel för strömförsörjning eller jordtrådshål, du kan överväga att använda en större storlek för att minska impedansen, och för signalledningar kan du använda en mindre via. Naturligtvis, när storleken på via minskar, kommer motsvarande kostnad också att öka
De två formlerna som diskuterats ovan kan dras slutsatsen att användningen av ett tunnare PCB -kort bidrar till att minska de två parasitiska parametrarna för VIA
Signalkablarna på PCB -kortet ska inte ändras så långt som möjligt, det vill säga, försök att inte använda onödiga Vias.
Vias måste borras in i stiften på strömförsörjningen och marken. Ju kortare ledningen mellan stiften och vierna, desto bättre. Flera hål kan borras parallellt för att minska motsvarande induktans.
Placera några jordade genomhål nära signalförändringens genomgångar för att ge den närmaste slingan för signalen. Du kan till och med placera några överflödiga markhål på PCB -kortet.
För PCB-kort med hög hastighet med hög densitet kan du överväga att använda mikrohål.