Ang VIA ay isa sa mga mahahalagang sangkap ng multi-layer PCB, at ang gastos ng pagbabarena ay karaniwang nagkakaloob ng 30% hanggang 40% ng gastos ng PCB board. Maglagay lamang, ang bawat butas sa PCB ay maaaring tawaging isang Via.
Ang pangunahing konsepto ng Via:
Mula sa punto ng view ng pag -andar, ang VIA ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya: ang isa ay ginagamit bilang isang koneksyon sa koryente sa pagitan ng mga layer, at ang iba pa ay ginagamit bilang isang pag -aayos o pagpoposisyon ng aparato. Kung mula sa proseso, ang mga butas na ito ay karaniwang nahahati sa tatlong kategorya, lalo na ang mga bulag na butas, inilibing ang mga butas at sa pamamagitan ng mga butas.
Ang mga bulag na butas ay matatagpuan sa tuktok at ilalim na ibabaw ng nakalimbag na circuit board at may isang tiyak na lalim para sa koneksyon ng ibabaw circuit at ang panloob na circuit sa ibaba, at ang lalim ng mga butas ay karaniwang hindi lalampas sa isang tiyak na ratio (siwang).
Ang inilibing na butas ay tumutukoy sa butas ng koneksyon na matatagpuan sa panloob na layer ng nakalimbag na circuit board, na hindi umaabot sa ibabaw ng board. Ang nasa itaas ng dalawang uri ng mga butas ay matatagpuan sa panloob na layer ng circuit board, na nakumpleto ng sa pamamagitan ng proseso ng paghuhulma ng butas bago ang lamination, at maraming mga panloob na layer ay maaaring mai -overlay sa panahon ng pagbuo ng butas.
Ang pangatlong uri ay tinatawag na mga hole, na dumadaan sa buong circuit board at maaaring magamit upang makamit ang panloob na magkakaugnay o bilang mga butas sa pag-install para sa mga sangkap. Sapagkat ang butas sa pamamagitan ng butas ay mas madaling makamit sa proseso at mas mababa ang gastos, ang karamihan sa mga nakalimbag na circuit board ay ginagamit ito, sa halip na ang iba pang dalawa sa pamamagitan ng mga butas. Ang mga sumusunod na butas, nang walang mga espesyal na tagubilin, ay isinasaalang -alang sa pamamagitan ng mga butas.
Mula sa isang punto ng disenyo, ang isang VIA ay pangunahing binubuo ng dalawang bahagi, ang isa ay ang gitna ng butas ng pagbabarena, at ang iba pa ay ang lugar ng welding pad sa paligid ng butas ng pagbabarena. Ang laki ng dalawang bahagi na ito ay tumutukoy sa laki ng VIA.
Malinaw, sa high-speed, high-density na disenyo ng PCB, ang mga taga-disenyo ay laging nais ang butas nang maliit hangga't maaari, upang ang mas maraming puwang ng mga kable ay maiiwan, bilang karagdagan, mas maliit ang VIA, ang sariling kapasidad ng parasitiko ay mas maliit, mas angkop para sa mga high-speed circuit.
Gayunpaman, ang pagbawas ng laki ng Via ay nagdudulot din ng pagtaas ng mga gastos, at ang laki ng butas ay hindi maaaring mabawasan nang walang hanggan, ito ay limitado sa pamamagitan ng pagbabarena at teknolohiya ng electroplating: mas maliit ang butas, mas mahaba ang pagbabarena, mas madali itong lumihis mula sa gitna; Kapag ang lalim ng butas ay higit sa 6 na beses ang diameter ng butas, imposibleng matiyak na ang pader ng butas ay maaaring pantay -pantay na may tanso.
Halimbawa, kung ang kapal (sa pamamagitan ng lalim ng butas) ng isang normal na 6-layer PCB board ay 50mil, kung gayon ang minimum na diameter ng pagbabarena na maaaring ibigay ng mga tagagawa ng PCB sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay maaari lamang umabot sa 8mil. Sa pag -unlad ng teknolohiya ng pagbabarena ng laser, ang laki ng pagbabarena ay maaari ring mas maliit at mas maliit, at ang diameter ng butas ay karaniwang mas mababa kaysa o katumbas ng 6mils, tinawag kaming mga microholes.
Ang mga microholes ay madalas na ginagamit sa disenyo ng HDI (mataas na density ng interconnect na istraktura), at ang teknolohiya ng microhole ay maaaring payagan ang butas na direktang drill sa pad, na lubos na nagpapabuti sa pagganap ng circuit at makatipid ng espasyo ng mga kable. Ang VIA ay lilitaw bilang isang breakpoint ng impedance discontinuity sa linya ng paghahatid, na nagiging sanhi ng isang salamin ng signal. Kadalasan, ang katumbas na impedance ng butas ay halos 12% na mas mababa kaysa sa linya ng paghahatid, halimbawa, ang impedance ng isang 50 ohms transmission line ay mababawasan ng 6 ohms kapag dumadaan ito sa butas (partikular at ang laki ng Via, ang kapal ng plate ay nauugnay din, hindi isang ganap na pagbawas).
Gayunpaman, ang pagmuni -muni na dulot ng kawalan ng impedance discontinuity sa pamamagitan ay talagang napakaliit, at ang koepisyent ng pagmuni -muni nito ay lamang:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
Ang mga problema na nagmula sa VIA ay mas puro sa mga epekto ng kapasidad ng parasitiko at inductance.
Ang kapasidad ng parasitiko ng Via at inductance
Mayroong isang kapasidad ng parasitiko na naliligaw sa VIA mismo. Kung ang diameter ng nagbebenta ng zone ng resistensya sa inilatag na layer ay D2, ang diameter ng pad pad ay D1, ang kapal ng PCB board ay T, at ang dielectric na pare -pareho ng substrate ay ε, ang parasitiko na kapasidad ng sa pamamagitan ng butas ay humigit -kumulang:
C = 1.41εTD1/(D2-D1)
Ang pangunahing epekto ng kapasidad ng parasitiko sa circuit ay upang pahabain ang pagtaas ng oras ng signal at bawasan ang bilis ng circuit.
Halimbawa, para sa isang PCB na may kapal na 50mil, kung ang diameter ng Via Pad ay 20mil (ang diameter ng butas ng pagbabarena ay 10mils) at ang diameter ng zone ng paglaban ng panghinang ay 40mil, kung gayon maaari nating tinatayang ang parasitiko na kapasidad ng sa pamamagitan ng itaas na formula:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
Ang dami ng pagbabago ng oras ng pagtaas na dulot ng bahaging ito ng kapasidad ay halos:
T10-90 = 2.2C (Z0/2) = 2.2x0.31x (50/2) = 17.05ps
Makikita ito mula sa mga halagang ito na kahit na ang utility ng pagtaas ng pagkaantala na dulot ng kapasidad ng parasitiko ng isang solong sa pamamagitan ay hindi masyadong halata, kung ang VIA ay ginagamit nang maraming beses sa linya upang lumipat sa pagitan ng mga layer, maraming mga butas ang gagamitin, at ang disenyo ay dapat na maingat na isaalang -alang. Sa aktwal na disenyo, ang kapasidad ng parasitiko ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng distansya sa pagitan ng butas at lugar ng tanso (anti-pad) o pagbabawas ng diameter ng pad.
Sa disenyo ng mga high-speed digital circuit, ang pinsala na dulot ng parasitic inductance ay madalas na mas malaki kaysa sa impluwensya ng kapasidad ng parasitiko. Ang inductance ng serye ng parasitiko ay magpapahina sa kontribusyon ng bypass capacitor at mapahina ang pagiging epektibo ng pagsala ng buong sistema ng kuryente.
Maaari naming gamitin ang sumusunod na pormula ng empirikal upang makalkula lamang ang parasitiko na inductance ng isang hole hole approximation:
L = 5.08H [ln (4H/D) +1]
Kung saan ang l ay tumutukoy sa inductance ng via, h ang haba ng via, at d ang diameter ng gitnang butas. Makikita ito mula sa pormula na ang diameter ng VIA ay may kaunting impluwensya sa inductance, habang ang haba ng VIA ay may pinakamalaking impluwensya sa inductance. Ginagamit pa rin ang halimbawa sa itaas, ang out-of-hole inductance ay maaaring kalkulahin bilang:
L = 5.08x0.050 [LN (4x0.050/0.010) +1] = 1.015NH
Kung ang pagtaas ng oras ng signal ay 1ns, kung gayon ang katumbas na laki ng impedance ay:
Xl = πl/t10-90 = 3.19Ω
Ang nasabing impedance ay hindi maaaring balewalain sa pagkakaroon ng high-frequency kasalukuyang sa pamamagitan ng, lalo na, tandaan na ang bypass capacitor ay kailangang dumaan sa dalawang butas kapag kumokonekta sa layer ng kuryente at ang pagbuo, upang ang parasitiko na inductance ng butas ay madami.
Paano gamitin ang VIA?
Sa pamamagitan ng pagsusuri sa itaas ng mga katangian ng parasitiko ng butas, makikita natin na sa mataas na bilis ng disenyo ng PCB, na tila simpleng mga butas ay madalas na nagdadala ng mahusay na mga negatibong epekto sa disenyo ng circuit. Upang mabawasan ang masamang epekto na dulot ng parasitiko na epekto ng butas, ang disenyo ay maaaring maging hangga't maaari:
Mula sa dalawang aspeto ng kalidad ng gastos at signal, pumili ng isang makatwirang sukat ng laki ng Via. Kung kinakailangan, maaari mong isaalang -alang ang paggamit ng iba't ibang laki ng mga vias, tulad ng para sa power supply o ground wire hole, maaari mong isaalang -alang ang paggamit ng isang mas malaking sukat upang mabawasan ang impedance, at para sa mga kable ng signal, maaari kang gumamit ng isang mas maliit sa pamamagitan ng. Siyempre, habang bumababa ang laki ng Via, tataas din ang kaukulang gastos
Ang dalawang pormula na tinalakay sa itaas ay maaaring tapusin na ang paggamit ng isang mas payat na PCB board ay kaaya -aya upang mabawasan ang dalawang parasitiko na mga parameter ng VIA
Ang signal wiring sa PCB board ay hindi dapat baguhin hangga't maaari, ibig sabihin, subukang huwag gumamit ng hindi kinakailangang mga vias.
Ang mga vias ay dapat na drilled sa mga pin ng power supply at sa lupa. Ang mas maikli ang tingga sa pagitan ng mga pin at ang vias, mas mahusay. Ang maramihang mga butas ay maaaring drilled kahanay upang mabawasan ang katumbas na inductance.
Ilagay ang ilang mga grounded through-hole malapit sa mga hole ng pagbabago ng signal upang maibigay ang pinakamalapit na loop para sa signal. Maaari ka ring maglagay ng labis na mga butas sa lupa sa PCB board.
Para sa mataas na bilis ng PCB board na may mataas na density, maaari mong isaalang-alang ang paggamit ng mga micro-hole.