Via, çok katmanlı PCB'nin önemli bileşenlerinden biridir ve delme maliyeti genellikle PCB kartı maliyetinin %30 ila %40'ını oluşturur.Basitçe söylemek gerekirse, PCB üzerindeki her deliğe bir yol adı verilebilir.
Via'nın temel konsepti:
İşlev açısından bakıldığında, yol iki kategoriye ayrılabilir: biri katmanlar arasında elektrik bağlantısı olarak kullanılır, diğeri ise cihazın sabitlenmesi veya konumlandırılması olarak kullanılır.İşleme göre bu delikler genel olarak kör delikler, gömülü delikler ve açık delikler olmak üzere üç kategoriye ayrılır.
Kör delikler baskılı devre kartının üst ve alt yüzeylerinde bulunur ve yüzey devresi ile alttaki iç devrenin bağlantısı için belirli bir derinliğe sahiptir ve deliklerin derinliği genellikle belirli bir oranı (açıklık) aşmaz.
Gömülü delik, baskılı devre kartının iç katmanında bulunan ve kartın yüzeyine uzanmayan bağlantı deliğini ifade eder.Yukarıdaki iki tip delik, laminasyondan önce açık delik kalıplama işlemiyle tamamlanan devre kartının iç katmanında bulunur ve açık deliğin oluşumu sırasında birkaç iç katman üst üste gelebilir.
Üçüncü tip, devre kartının tamamından geçen ve dahili ara bağlantıyı sağlamak için veya bileşenler için kurulum konumlandırma delikleri olarak kullanılabilen geçiş delikleri olarak adlandırılır.Bu süreçte açık deliğin elde edilmesi daha kolay olduğundan ve maliyeti daha düşük olduğundan, baskılı devre kartlarının büyük çoğunluğu diğer iki açık delikten ziyade bunu kullanır.Özel talimatlar olmaksızın aşağıdaki delikler açık delikler olarak kabul edilir.
Tasarım açısından bakıldığında, bir yol esas olarak iki parçadan oluşur; biri sondaj deliğinin ortası, diğeri ise sondaj deliğinin etrafındaki kaynak pedi alanıdır.Bu iki parçanın boyutu via'nın boyutunu belirler.
Açıkçası, yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu PCB tasarımında tasarımcılar her zaman deliğin mümkün olduğu kadar küçük olmasını isterler, böylece daha fazla kablolama alanı bırakılabilir, ayrıca yol ne kadar küçük olursa, kendi parazit kapasitansı da o kadar küçük olur, daha uygundur. Yüksek hızlı devreler için.
Bununla birlikte, yol boyutunun küçültülmesi aynı zamanda maliyetlerde de bir artışa neden olur ve deliğin boyutu süresiz olarak küçültülemez, delme ve elektrokaplama teknolojisi ile sınırlıdır: delik ne kadar küçükse, delme o kadar uzun sürerse, delme o kadar kolay olur. merkezden sapmaktır;Deliğin derinliği, delik çapının 6 katından daha fazla olduğunda delik duvarının eşit şekilde bakırla kaplanmasını sağlamak mümkün değildir.
Örneğin, normal 6 katmanlı bir PCB kartının kalınlığı (delik derinliği) 50 Mil ise, PCB üreticilerinin normal koşullar altında sağlayabileceği minimum delme çapı yalnızca 8 Mil'e ulaşabilir.Lazer delme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, delme boyutu da daha küçük ve daha küçük olabilir ve deliğin çapı genellikle 6Mils'den küçük veya ona eşittir, buna mikro delikler denir.
Mikro delikler genellikle HDI (yüksek yoğunluklu ara bağlantı yapısı) tasarımında kullanılır ve mikro delik teknolojisi, deliğin doğrudan ped üzerinde delinmesine izin vererek devre performansını büyük ölçüde artırır ve kablolama alanından tasarruf sağlar.Via, iletim hattındaki empedans süreksizliğinin bir kırılma noktası olarak görünür ve sinyalin yansımasına neden olur.Genel olarak, deliğin eşdeğer empedansı iletim hattından yaklaşık %12 daha düşüktür; örneğin, 50 ohm'luk bir iletim hattının empedansı, delikten geçtiğinde 6 ohm azalacaktır (özellikle ve geçişin boyutu, plaka kalınlığı da bununla ilişkilidir, mutlak bir azalma değildir).
Ancak empedans süreksizliğinin neden olduğu yansıma aslında çok küçüktür ve yansıma katsayısı yalnızca:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Viadan kaynaklanan problemler daha çok parazitik kapasitans ve endüktansın etkileri üzerinde yoğunlaşmaktadır.
Via'nın Parazit kapasitansı ve Endüktansı
Yolun kendisinde parazitik bir başıboş kapasitans var.Döşenen katmandaki lehim direnci bölgesinin çapı D2, lehim pedinin çapı D1, PCB kartının kalınlığı T ve alt tabakanın dielektrik sabiti ε ise, geçiş deliğinin parazitik kapasitansı yaklaşık olarak:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
Parazit kapasitansın devre üzerindeki ana etkisi, sinyalin yükselme zamanını uzatmak ve devrenin hızını azaltmaktır.
Örneğin, kalınlığı 50 Mil olan bir PCB için, eğer via pad'in çapı 20 Mil (delme deliğinin çapı 10 Mil) ve lehim direnç bölgesinin çapı 40 Mil ise, o zaman parazitik kapasitansı yaklaşık olarak hesaplayabiliriz. Yukarıdaki formülle via:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Kapasitansın bu kısmının neden olduğu yükselme süresi değişikliğinin miktarı kabaca şöyledir:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Bu değerlerden, tek bir via'nın parazitik kapasitansının neden olduğu yükselme gecikmesinin faydası çok açık olmasa da, via'nın katmanlar arasında geçiş yapmak için hatta birkaç kez kullanılması durumunda birden fazla deliğin kullanılacağı, ve tasarım dikkatlice düşünülmelidir.Gerçek tasarımda, delik ile bakır alan arasındaki mesafe artırılarak (Anti-pad) veya pedin çapı azaltılarak parazitik kapasitans azaltılabilir.
Yüksek hızlı dijital devrelerin tasarımında parazitik endüktansın neden olduğu zarar, genellikle parazitik kapasitansın etkisinden daha fazladır.Parazit seri endüktansı, bypass kapasitörünün katkısını zayıflatacak ve tüm güç sisteminin filtreleme etkinliğini zayıflatacaktır.
Bir delik içi yaklaşımının parazitik endüktansını basitçe hesaplamak için aşağıdaki ampirik formülü kullanabiliriz:
L=5,08h[ln(4h/d)+1]
L, Via'nın endüktansını ifade ederken, h, Via'nın uzunluğu ve d, merkezi deliğin çapıdır.Formülden, yol çapının endüktans üzerinde çok az etkiye sahip olduğu, yol uzunluğunun ise endüktans üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu görülebilir.Yine yukarıdaki örneği kullanarak delik dışı endüktans şu şekilde hesaplanabilir:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Eğer sinyalin yükselme süresi 1ns ise eşdeğer empedans boyutu şöyle olur:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Bu tür bir empedans, yüksek frekanslı akımın varlığında göz ardı edilemez; özellikle, deliğin parazitik endüktansının çarpılması için güç katmanını ve oluşumu bağlarken bypass kapasitörünün iki delikten geçmesi gerektiğine dikkat edin.
Via nasıl kullanılır?
Deliğin parazitik özelliklerinin yukarıdaki analizi sayesinde, yüksek hızlı PCB tasarımında, basit görünen deliklerin genellikle devre tasarımına büyük olumsuz etkiler getirdiğini görebiliriz.Deliğin parazit etkisinden kaynaklanan olumsuz etkileri azaltmak için tasarım mümkün olduğunca şu şekilde yapılabilir:
Maliyet ve sinyal kalitesi açısından makul bir yol boyutu seçin.Gerekirse, güç kaynağı veya topraklama kablosu delikleri için farklı boyutlarda yol kullanmayı düşünebilirsiniz, empedansı azaltmak için daha büyük bir boyut kullanmayı düşünebilirsiniz ve sinyal kablolaması için daha küçük bir yol kullanabilirsiniz.Elbette geçişin boyutu küçüldükçe buna karşılık gelen maliyet de artacaktır.
Yukarıda tartışılan iki formülden, daha ince bir PCB kartının kullanılmasının, yolun iki parazitik parametresini azaltmaya yardımcı olduğu sonucuna varılabilir.
PCB kartı üzerindeki sinyal kabloları mümkün olduğunca değiştirilmemeli, yani gereksiz vialar kullanılmamaya çalışılmalıdır.
Güç kaynağının pinlerine ve toprağa vialar delinmelidir.Pimler ve kanallar arasındaki uç ne kadar kısa olursa o kadar iyidir.Eşdeğer endüktansı azaltmak için birden fazla delik paralel olarak açılabilir.
Sinyal için en yakın döngüyü sağlamak amacıyla sinyal değişimindeki geçiş deliklerinin yakınına bazı topraklanmış geçiş delikleri yerleştirin.PCB kartına fazladan zemin delikleri bile yerleştirebilirsiniz.
Yüksek yoğunluklu, yüksek hızlı PCB kartları için mikro delikler kullanmayı düşünebilirsiniz.