Ang via ay isa sa mga mahalagang bahagi ng multi-layer na PCB, at ang halaga ng pagbabarena ay karaniwang nagkakahalaga ng 30% hanggang 40% ng halaga ng PCB board. Sa madaling salita, ang bawat butas sa PCB ay matatawag na via.
Ang pangunahing konsepto ng sa pamamagitan ng:
Mula sa punto ng view ng pag-andar, ang via ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya: ang isa ay ginagamit bilang isang de-koryenteng koneksyon sa pagitan ng mga layer, at ang isa 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, katulad ng mga blind hole, buried hole at through holes.
Ang mga blind hole ay matatagpuan sa itaas at ibabang ibabaw ng naka-print na circuit board at may tiyak na lalim para sa koneksyon ng surface circuit at ang panloob na circuit sa ibaba, at ang lalim ng mga butas ay karaniwang hindi lalampas sa isang tiyak na ratio (aperture).
Ang nakabaon na butas ay tumutukoy sa butas ng koneksyon na matatagpuan sa panloob na layer ng naka-print na circuit board, na hindi umaabot sa ibabaw ng board. Ang dalawang uri ng mga butas sa itaas ay matatagpuan sa panloob na layer ng circuit board, na kinukumpleto ng proseso ng through hole molding bago ang paglalamina, at ilang mga panloob na layer ay maaaring magkapatong sa panahon ng pagbuo ng through hole.
Ang ikatlong uri ay tinatawag na through-hole, na dumadaan sa buong circuit board at maaaring magamit upang makamit ang panloob na pagkakabit o bilang mga butas sa pagpoposisyon ng pag-install para sa mga bahagi. Dahil mas madaling makuha ang through hole sa proseso at mas mababa ang gastos, ginagamit ito ng karamihan sa mga naka-print na circuit board, kaysa sa dalawa pang through hole. Ang mga sumusunod na butas, nang walang mga espesyal na tagubilin, ay itinuturing na 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 isa pa ay ang lugar ng welding pad sa paligid ng butas ng pagbabarena. Tinutukoy ng laki ng dalawang bahaging ito ang laki ng via.
Malinaw, sa high-speed, high-density na disenyo ng PCB, palaging gusto ng mga designer na ang butas ay kasing liit hangga't maaari, para mas maraming wiring space ang maiiwan, bilang karagdagan, mas maliit ang via, ang sarili nitong parasitic capacitance ay mas maliit, mas angkop. para sa mga high-speed circuit.
Gayunpaman, ang pagbawas ng laki ng via ay nagdudulot din ng pagtaas sa mga gastos, at ang laki ng butas ay hindi maaaring bawasan nang walang katiyakan, ito ay limitado sa pamamagitan ng teknolohiya ng pagbabarena at electroplating: mas maliit ang butas, mas matagal ang pagbabarena, mas madali ito. ay lumihis mula sa gitna; Kapag ang lalim ng butas ay higit sa 6 na beses ang diameter ng butas, imposibleng matiyak na ang dingding ng butas ay maaaring pantay na lagyan ng tanso.
Halimbawa, kung ang kapal (sa lalim ng butas) ng isang normal na 6-layer na PCB board ay 50Mil, kung gayon ang minimum na diameter ng pagbabarena na maibibigay 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 ding maging mas maliit at mas maliit, at ang diameter ng butas sa pangkalahatan ay mas mababa o katumbas ng 6Mils, tinatawag tayong microhole.
Ang mga microhole ay kadalasang ginagamit sa disenyo ng HDI (high density interconnect structure), at ang teknolohiyang microhole ay maaaring pahintulutan ang butas na direktang ma-drill sa pad, na lubos na nagpapabuti sa pagganap ng circuit at nakakatipid sa espasyo ng mga kable. Ang via ay lilitaw bilang isang breakpoint ng impedance discontinuity sa transmission line, na nagiging sanhi ng pagmuni-muni ng signal. Sa pangkalahatan, ang katumbas na impedance ng butas ay humigit-kumulang 12% na mas mababa kaysa sa transmission line, halimbawa, ang impedance ng isang 50 ohms transmission line ay mababawasan ng 6 ohms kapag ito ay dumaan sa butas (partikular at ang laki ng via, ang kapal ng plato ay nauugnay din, hindi isang ganap na pagbawas).
Gayunpaman, ang reflection na dulot ng impedance discontinuity via ay talagang napakaliit, at ang reflection coefficient nito ay:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
Ang mga problema na nagmumula sa via ay mas puro sa mga epekto ng parasitic capacitance at inductance.
Via's Parasitic capacitance at Inductance
Mayroong isang parasitic stray capacitance sa mismong via. Kung ang diameter ng solder resistance zone sa inilatag na layer ay D2, ang diameter ng solder pad ay D1, ang kapal ng PCB board ay T, at ang dielectric constant ng substrate ay ε, ang parasitic capacitance ng through hole ay tinatayang:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
Ang pangunahing epekto ng parasitic capacitance sa circuit ay upang pahabain ang oras ng pagtaas 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 drilling hole ay 10Mils) at ang diameter ng solder resistance zone ay 40Mil, pagkatapos ay maaari nating tantiyahin ang parasitic capacitance ng ang via sa pamamagitan ng formula sa itaas:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
Ang dami ng pagbabago sa oras ng pagtaas na dulot ng bahaging ito ng kapasidad ay humigit-kumulang:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
Makikita mula sa mga halagang ito na kahit na ang utility ng pagtaas ng pagkaantala na dulot ng parasitic capacitance ng isang solong via ay hindi masyadong halata, kung ang via ay ginagamit ng ilang beses sa linya upang lumipat sa pagitan ng mga layer, maraming 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 ang tansong lugar (Anti-pad) o pagbabawas ng diameter ng pad.
Sa disenyo ng high-speed digital circuits, ang pinsalang dulot ng parasitic inductance ay kadalasang mas malaki kaysa sa impluwensya ng parasitic capacitance. Ang parasitic series inductance nito ay magpahina sa kontribusyon ng bypass capacitor at magpahina sa pagiging epektibo ng pagsala ng buong sistema ng kuryente.
Maaari naming gamitin ang sumusunod na empirical formula upang kalkulahin lamang ang parasitic inductance ng isang through-hole approximation:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
Kung saan ang L ay tumutukoy sa inductance ng via, h ay ang haba ng via, at d ay ang diameter ng gitnang butas. Makikita mula sa formula na ang diameter ng via ay may maliit na impluwensya sa inductance, habang ang haba ng via ay may pinakamalaking impluwensya sa inductance. Gamit 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 oras ng pagtaas ng signal ay 1ns, ang katumbas na laki ng impedance nito ay:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
Ang nasabing impedance ay hindi maaaring balewalain sa pagkakaroon ng high-frequency na kasalukuyang sa pamamagitan ng, sa partikular, tandaan na ang bypass capacitor ay kailangang dumaan sa dalawang butas kapag kumokonekta sa power layer at ang pagbuo, upang ang parasitic inductance ng butas ay mapaparami.
Paano gamitin ang via?
Sa pamamagitan ng pagsusuri sa itaas ng mga parasitiko na katangian ng butas, makikita natin na sa high-speed na disenyo ng PCB, ang tila simpleng mga butas ay kadalasang nagdadala ng malaking negatibong epekto sa disenyo ng circuit. Upang mabawasan ang masamang epekto na dulot ng parasitiko na epekto ng butas, ang disenyo ay maaaring hangga't maaari:
Mula sa dalawang aspeto ng gastos at kalidad ng signal, pumili ng makatwirang laki ng via size. Kung kinakailangan, maaari mong isaalang-alang ang paggamit ng iba't ibang laki ng vias, tulad ng para sa power supply o ground wire hole, maaari mong isaalang-alang ang paggamit ng mas malaking sukat upang bawasan ang impedance, at para sa signal wiring, maaari kang gumamit ng mas maliit na via. Siyempre, habang lumiliit ang laki ng via, tataas din ang kaukulang gastos
Ang dalawang pormula na tinalakay sa itaas ay maaaring mahihinuha na ang paggamit ng mas manipis na PCB board ay nakakatulong sa pagbabawas ng dalawang parasitiko na parameter ng via
Ang signal wiring sa PCB board ay hindi dapat baguhin hangga't maaari, ibig sabihin, subukang huwag gumamit ng hindi kinakailangang vias.
Dapat i-drill ang Vias sa mga pin ng power supply at sa lupa. Ang mas maikli ang lead sa pagitan ng mga pin at ng vias, mas mabuti. Maramihang mga butas ay maaaring drilled parallel upang mabawasan ang katumbas na inductance.
Maglagay ng ilang grounded through-hole malapit sa through-hole ng pagbabago ng signal upang maibigay ang pinakamalapit na loop para sa signal. Maaari ka ring maglagay ng ilang labis na butas sa lupa sa PCB board.
Para sa mga high speed na PCB board na may mataas na density, maaari mong isaalang-alang ang paggamit ng mga micro-hole.