VIA ni moja wapo ya sehemu muhimu za PCB ya safu nyingi, na gharama ya kuchimba visima kawaida huchukua 30% hadi 40% ya gharama ya bodi ya PCB. Kuweka tu, kila shimo kwenye PCB linaweza kuitwa VIA.
Wazo la msingi la VIA:
Kwa mtazamo wa kazi, VIA inaweza kugawanywa katika vikundi viwili: moja hutumiwa kama uhusiano wa umeme kati ya tabaka, na nyingine hutumiwa kama kurekebisha au kuweka nafasi ya kifaa. Ikiwa kutoka kwa mchakato huu, shimo hizi kwa ujumla zimegawanywa katika vikundi vitatu, ambavyo ni shimo vipofu, shimo zilizozikwa na kupitia shimo.
Shimo za vipofu ziko juu na nyuso za chini za bodi ya mzunguko iliyochapishwa na zina kina fulani cha unganisho la mzunguko wa uso na mzunguko wa ndani chini, na kina cha shimo kawaida haizidi uwiano fulani (aperture).
Shimo lililozikwa linamaanisha shimo la unganisho lililoko kwenye safu ya ndani ya bodi ya mzunguko iliyochapishwa, ambayo haitoi kwa uso wa bodi. Aina mbili hapo juu za mashimo ziko kwenye safu ya ndani ya bodi ya mzunguko, ambayo imekamilika na mchakato wa ukingo wa shimo kabla ya lamination, na tabaka kadhaa za ndani zinaweza kuingiliana wakati wa malezi ya shimo.
Aina ya tatu inaitwa kupitia mashimo, ambayo hupitia bodi nzima ya mzunguko na inaweza kutumika kufikia unganisho wa ndani au kama mashimo ya kuweka nafasi kwa vifaa. Kwa sababu shimo kupitia ni rahisi kufikia katika mchakato na gharama ni ya chini, idadi kubwa ya bodi za mzunguko zilizochapishwa hutumia, badala ya zile zingine mbili kupitia shimo. Shimo zifuatazo, bila maagizo maalum, huzingatiwa kama kupitia shimo.
Kutoka kwa mtazamo wa kubuni, VIA inaundwa sana na sehemu mbili, moja ni katikati ya shimo la kuchimba visima, na nyingine ni eneo la pad la kulehemu kuzunguka shimo la kuchimba visima. Saizi ya sehemu hizi mbili huamua saizi ya VIA.
Ni wazi, katika muundo wa PCB wa kasi kubwa, yenye kiwango cha juu, wabuni daima wanataka shimo ndogo iwezekanavyo, ili nafasi zaidi ya wiring iachwe, kwa kuongeza, ndogo, uwezo wake wa vimelea ni mdogo, unaofaa zaidi kwa mizunguko ya kasi kubwa.
Walakini, kupunguzwa kwa saizi ya kupitia pia kunaleta kuongezeka kwa gharama, na saizi ya shimo haiwezi kupunguzwa kwa muda usiojulikana, ni mdogo kwa kuchimba visima na teknolojia ya umeme: ndogo shimo, kuchimba visima kwa muda mrefu, ni rahisi kupotea kutoka kituo; Wakati kina cha shimo ni zaidi ya mara 6 kipenyo cha shimo, haiwezekani kuhakikisha kuwa ukuta wa shimo unaweza kuwekwa sawa na shaba.
Kwa mfano, ikiwa unene (kupitia kina cha shimo) ya bodi ya kawaida ya safu-6 ya PCB ni 50mil, basi kipenyo cha chini cha kuchimba visima ambacho wazalishaji wa PCB wanaweza kutoa chini ya hali ya kawaida wanaweza kufikia 8mil tu. Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya kuchimba laser, saizi ya kuchimba visima pia inaweza kuwa ndogo na ndogo, na kipenyo cha shimo kwa ujumla ni chini ya au sawa na 6mils, tunaitwa microholes.
Microholes mara nyingi hutumiwa katika muundo wa HDI (muundo wa juu wa wiani), na teknolojia ya microhole inaweza kuruhusu shimo kuchimbwa moja kwa moja kwenye pedi, ambayo inaboresha sana utendaji wa mzunguko na huokoa nafasi ya wiring. VIA inaonekana kama njia ya kutoridhika kwa kuingilia kwenye mstari wa maambukizi, na kusababisha tafakari ya ishara. Kwa ujumla, uingiliaji sawa wa shimo ni karibu 12% chini kuliko mstari wa maambukizi, kwa mfano, kuingizwa kwa mstari wa maambukizi ya ohms 50 kutapunguzwa na 6 ohms wakati unapita kwenye shimo (haswa na saizi ya VIA, unene wa sahani pia unahusiana, sio kupunguzwa kabisa).
Walakini, tafakari inayosababishwa na kutoridhika kwa kuingilia ni ndogo sana, na mgawo wake wa tafakari ni tu:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
Shida zinazotokana na VIA zinajilimbikizia zaidi athari za uwezo wa vimelea na inductance.
Uwezo wa vimelea wa VIA na inductance
Kuna uwezo wa kupotea wa vimelea katika kupitia yenyewe. Ikiwa kipenyo cha eneo la upinzani wa solder kwenye safu iliyowekwa ni D2, kipenyo cha pedi ya solder ni D1, unene wa bodi ya PCB ni T, na dielectric mara kwa mara ya sehemu ndogo ni ε, uwezo wa vimelea wa shimo ni takriban:
C = 1.41chanTD1/(D2-D1)
Athari kuu ya uwezo wa vimelea kwenye mzunguko ni kuongeza muda wa kuongezeka kwa ishara na kupunguza kasi ya mzunguko.
Kwa mfano, kwa PCB iliyo na unene wa 50mil, ikiwa kipenyo cha VIA PAD ni 20mil (kipenyo cha shimo la kuchimba visima ni 10mils) na kipenyo cha eneo la upinzani wa Solder ni 40mil, basi tunaweza kukadiria uwezo wa vimelea wa VIA na formula hapo juu:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
Kiasi cha mabadiliko ya wakati wa kuongezeka unaosababishwa na sehemu hii ya uwezo ni takriban:
T10-90 = 2.2C (Z0/2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
Inaweza kuonekana kutoka kwa maadili haya kwamba ingawa matumizi ya kucheleweshwa kwa kuongezeka kwa sababu ya vimelea vya njia moja sio dhahiri sana, ikiwa VIA inatumika mara kadhaa kwenye mstari kubadili kati ya tabaka, mashimo mengi yatatumika, na muundo unapaswa kuzingatiwa kwa uangalifu. Katika muundo halisi, uwezo wa vimelea unaweza kupunguzwa kwa kuongeza umbali kati ya shimo na eneo la shaba (anti-pedi) au kupunguza kipenyo cha pedi.
Katika muundo wa mizunguko ya dijiti yenye kasi kubwa, madhara yanayosababishwa na inductance ya vimelea mara nyingi ni kubwa kuliko ushawishi wa uwezo wa vimelea. Utaftaji wake wa vimelea utapunguza mchango wa capacitor ya kupita na kudhoofisha ufanisi wa kuchuja wa mfumo mzima wa nguvu.
Tunaweza kutumia formula ifuatayo ya empirical kuhesabu tu inductance ya vimelea ya ukaribu wa shimo:
L = 5.08h [Ln (4H/D) +1]
Ambapo l inahusu inductance ya VIA, H ni urefu wa VIA, na D ni kipenyo cha shimo kuu. Inaweza kuonekana kutoka kwa formula ambayo kipenyo cha VIA kina ushawishi mdogo juu ya inductance, wakati urefu wa VIA una ushawishi mkubwa juu ya inductance. Bado kutumia mfano hapo juu, inductance ya nje ya shimo inaweza kuhesabiwa kama:
L = 5.08x0.050 [Ln (4x0.050/0.010) +1] = 1.015nh
Ikiwa wakati wa kuongezeka kwa ishara ni 1N, basi ukubwa wake sawa wa kuingiza ni:
Xl = πl/t10-90 = 3.19Ω
Uingiliaji kama huo hauwezi kupuuzwa mbele ya mzunguko wa juu wa sasa kupitia, haswa, kumbuka kuwa capacitor ya kupita inahitaji kupita kupitia shimo mbili wakati wa kuunganisha safu ya nguvu na malezi, ili ujazo wa vimelea wa shimo utazidishwa.
Jinsi ya kutumia VIA?
Kupitia uchambuzi wa hapo juu wa sifa za vimelea za shimo, tunaweza kuona kwamba katika muundo wa PCB wenye kasi kubwa, shimo zinazoonekana kuwa rahisi mara nyingi huleta athari mbaya kwa muundo wa mzunguko. Ili kupunguza athari mbaya zinazosababishwa na athari ya vimelea ya shimo, muundo unaweza kuwa mbali iwezekanavyo:
Kutoka kwa nyanja mbili za gharama na ubora wa ishara, chagua saizi nzuri ya ukubwa wa kupitia. Ikiwa ni lazima, unaweza kufikiria kutumia saizi tofauti za VIA, kama vile kwa usambazaji wa umeme au mashimo ya waya wa ardhini, unaweza kufikiria kutumia saizi kubwa kupunguza uingizaji, na kwa wiring ya ishara, unaweza kutumia ndogo kupitia. Kwa kweli, kama saizi ya VIA inapungua, gharama inayolingana pia itaongezeka
Njia mbili zilizojadiliwa hapo juu zinaweza kuhitimishwa kuwa utumiaji wa bodi nyembamba ya PCB ni mzuri wa kupunguza vigezo viwili vya vimelea vya VIA
Wiring ya ishara kwenye bodi ya PCB haipaswi kubadilishwa iwezekanavyo, ambayo ni kusema, jaribu kutumia vias isiyo ya lazima.
Vias lazima ichimbwa ndani ya pini za usambazaji wa umeme na ardhi. Mfupi wa kuongoza kati ya pini na vias, bora. Shimo nyingi zinaweza kuchimbwa sambamba ili kupunguza inductance sawa.
Weka baadhi ya shimo zilizowekwa karibu na mashimo ya mabadiliko ya ishara ili kutoa kitanzi cha karibu kwa ishara. Unaweza hata kuweka shimo za ziada kwenye bodi ya PCB.
Kwa bodi za PCB za kasi kubwa na wiani mkubwa, unaweza kufikiria kutumia mashimo madogo.