ویا ملٹی لیئر پی سی بی کے اہم اجزاء میں سے ایک ہے، اور ڈرلنگ کی لاگت عام طور پر پی سی بی بورڈ کی لاگت کے 30% سے 40% تک ہوتی ہے۔ سیدھے الفاظ میں، پی سی بی پر ہر سوراخ کو ویا کہا جا سکتا ہے۔
کے ذریعے کا بنیادی تصور:
فنکشن کے نقطہ نظر سے، via کو دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: ایک تہوں کے درمیان برقی کنکشن کے طور پر استعمال ہوتا ہے، اور دوسرا آلہ کی فکسنگ یا پوزیشننگ کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ اگر عمل سے دیکھا جائے تو ان سوراخوں کو عام طور پر تین قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے، یعنی اندھے سوراخ، دفن سوراخ اور سوراخوں کے ذریعے۔
بلائنڈ ہولز پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کے اوپر اور نیچے کی سطحوں پر واقع ہوتے ہیں اور ان کی سطح کے سرکٹ اور نیچے کے اندرونی سرکٹ کے کنکشن کے لیے ایک خاص گہرائی ہوتی ہے، اور سوراخوں کی گہرائی عام طور پر ایک خاص تناسب (اپرچر) سے زیادہ نہیں ہوتی ہے۔
دفن شدہ سوراخ طباعت شدہ سرکٹ بورڈ کی اندرونی تہہ میں واقع کنکشن سوراخ سے مراد ہے، جو بورڈ کی سطح تک نہیں پھیلا ہوا ہے۔ مندرجہ بالا دو قسم کے سوراخ سرکٹ بورڈ کی اندرونی تہہ میں واقع ہوتے ہیں، جو لیمینیشن سے پہلے تھرو ہول مولڈنگ کے عمل سے مکمل ہوتے ہیں، اور تھرو ہول کی تشکیل کے دوران کئی اندرونی تہوں کو اوورلیپ کیا جا سکتا ہے۔
تیسری قسم کو تھرو ہولز کہا جاتا ہے، جو پورے سرکٹ بورڈ سے گزرتے ہیں اور اسے اندرونی انٹرکنکشن حاصل کرنے کے لیے یا اجزاء کے لیے انسٹالیشن پوزیشننگ ہولز کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ چونکہ اس عمل میں سوراخ کے ذریعے حاصل کرنا آسان ہے اور لاگت کم ہے، اس لیے پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کی اکثریت اسے استعمال کرتی ہے، بجائے اس کے کہ دوسرے دو سوراخوں کے ذریعے۔ مندرجہ ذیل سوراخ، خصوصی ہدایات کے بغیر، سوراخ کے ذریعے سمجھا جاتا ہے.
ڈیزائن کے نقطہ نظر سے، a via بنیادی طور پر دو حصوں پر مشتمل ہوتا ہے، ایک ڈرلنگ ہول کا درمیانی حصہ ہے، اور دوسرا ڈرلنگ ہول کے ارد گرد ویلڈنگ پیڈ کا علاقہ ہے۔ ان دو حصوں کا سائز via کے سائز کا تعین کرتا ہے۔
ظاہر ہے، تیز رفتار، زیادہ کثافت والے پی سی بی ڈیزائن میں، ڈیزائنرز ہمیشہ سوراخ کو جتنا ممکن ہو چھوٹا چاہتے ہیں، تاکہ وائرنگ کی زیادہ جگہ رہ جائے، اس کے علاوہ، اس کے ذریعے جتنا چھوٹا ہو، اس کی اپنی پرجیوی گنجائش چھوٹی، زیادہ موزوں ہوتی ہے۔ تیز رفتار سرکٹس کے لیے۔
تاہم، ذریعے کے سائز میں کمی سے اخراجات میں بھی اضافہ ہوتا ہے، اور سوراخ کے سائز کو غیر معینہ مدت تک کم نہیں کیا جا سکتا، یہ ڈرلنگ اور الیکٹروپلاٹنگ ٹیکنالوجی کے ذریعے محدود ہے: سوراخ جتنا چھوٹا ہوگا، ڈرلنگ میں اتنا ہی لمبا وقت لگے گا، اتنا ہی آسان مرکز سے انحراف کرنا ہے۔ جب سوراخ کی گہرائی سوراخ کے قطر سے 6 گنا زیادہ ہو، تو اس بات کو یقینی بنانا ناممکن ہے کہ سوراخ کی دیوار کو تانبے سے یکساں طور پر چڑھایا جائے۔
مثال کے طور پر، اگر عام 6 پرتوں والے PCB بورڈ کی موٹائی (سوراخ کی گہرائی سے) 50Mil ہے، تو کم از کم ڈرلنگ قطر جو PCB مینوفیکچررز عام حالات میں فراہم کر سکتے ہیں صرف 8Mil تک پہنچ سکتا ہے۔ لیزر ڈرلنگ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ڈرلنگ کا سائز بھی چھوٹا اور چھوٹا ہو سکتا ہے، اور سوراخ کا قطر عام طور پر 6Mils سے کم یا اس کے برابر ہوتا ہے، ہمیں مائکرو ہولز کہا جاتا ہے۔
مائیکرو ہولز اکثر ایچ ڈی آئی (ہائی ڈینسٹی انٹرکنیکٹ ڈھانچہ) کے ڈیزائن میں استعمال ہوتے ہیں، اور مائیکرو ہول ٹیکنالوجی سوراخ کو براہ راست پیڈ پر ڈرل کرنے کی اجازت دے سکتی ہے، جو سرکٹ کی کارکردگی کو بہت بہتر بناتا ہے اور وائرنگ کی جگہ کو بچاتا ہے۔ via ٹرانسمیشن لائن پر رکاوٹ کے وقفے کے طور پر ظاہر ہوتا ہے، جس سے سگنل کی عکاسی ہوتی ہے۔ عام طور پر، سوراخ کی مساوی رکاوٹ ٹرانسمیشن لائن سے تقریباً 12% کم ہوتی ہے، مثال کے طور پر، 50 ohms کی ٹرانسمیشن لائن کی رکاوٹ جب سوراخ سے گزرتی ہے تو 6 ohms تک کم ہو جاتی ہے (خاص طور پر اور راستے کا سائز، پلیٹ کی موٹائی بھی متعلقہ ہے، مطلق کمی نہیں)۔
تاہم، معدومیت کے بند ہونے کی وجہ سے ہونے والا انعکاس دراصل بہت چھوٹا ہے، اور اس کا ریفلیکشن گتانک صرف یہ ہے:
(44-50)/(44 + 50) = 0.06
کے ذریعے سے پیدا ہونے والے مسائل پرجیوی کیپیسیٹینس اور انڈکٹنس کے اثرات پر زیادہ مرتکز ہیں۔
Via کی پرجیوی کیپیسیٹینس اور انڈکٹنس
خود کے ذریعے میں ایک پرجیوی آوارہ گنجائش موجود ہے۔ اگر رکھی ہوئی پرت پر سولڈر ریزسٹنس زون کا قطر D2 ہے، سولڈر پیڈ کا قطر D1 ہے، پی سی بی بورڈ کی موٹائی T ہے، اور سبسٹریٹ کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ ε ہے، سوراخ کے ذریعے پرجیوی کیپیسیٹینس تقریبا ہے:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
سرکٹ پر پرجیوی کیپیسیٹینس کا بنیادی اثر سگنل کے عروج کے وقت کو طول دینا اور سرکٹ کی رفتار کو کم کرنا ہے۔
مثال کے طور پر، 50Mil کی موٹائی کے ساتھ پی سی بی کے لیے، اگر ویا پیڈ کا قطر 20Mil ہے (ڈرلنگ ہول کا قطر 10Mil ہے) اور سولڈر ریزسٹنس زون کا قطر 40Mil ہے، تو ہم پرجیوی کیپیسیٹینس کا تخمینہ لگا سکتے ہیں۔ مندرجہ بالا فارمولے کے ذریعے:
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
گنجائش کے اس حصے کی وجہ سے اضافہ وقت کی تبدیلی کی مقدار تقریبا ہے:
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
ان اقدار سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ اگرچہ سنگل ویا کی طفیلی گنجائش کی وجہ سے اضافے میں تاخیر کی افادیت زیادہ واضح نہیں ہے، لیکن اگر تہوں کے درمیان سوئچ کرنے کے لیے لائن میں کئی بار ویا استعمال کیا جاتا ہے، تو متعدد سوراخ استعمال کیے جائیں گے، اور ڈیزائن احتیاط سے غور کیا جانا چاہئے. اصل ڈیزائن میں، پرجیوی گنجائش کو سوراخ اور تانبے کے علاقے (اینٹی پیڈ) کے درمیان فاصلہ بڑھا کر یا پیڈ کے قطر کو کم کر کے کم کیا جا سکتا ہے۔
تیز رفتار ڈیجیٹل سرکٹس کے ڈیزائن میں، پرجیوی انڈکٹنس کی وجہ سے ہونے والا نقصان اکثر پرجیوی کیپیسیٹینس کے اثر سے زیادہ ہوتا ہے۔ اس کا طفیلی سلسلہ انڈکٹنس بائی پاس کیپسیٹر کی شراکت کو کمزور کر دے گا اور پورے پاور سسٹم کی فلٹرنگ تاثیر کو کمزور کر دے گا۔
ہم مندرجہ ذیل تجرباتی فارمولے کا استعمال صرف ایک سوراخ کے قریب ہونے کے طفیلی انڈکٹنس کا حساب لگانے کے لیے کر سکتے ہیں:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
جہاں L سے مراد via کی انڈکٹنس ہے، h ہے via کی لمبائی، اور d مرکزی سوراخ کا قطر ہے۔ اس فارمولے سے دیکھا جا سکتا ہے کہ via کے قطر کا انڈکٹینس پر بہت کم اثر ہوتا ہے، جبکہ via کی لمبائی انڈکٹینس پر سب سے زیادہ اثر رکھتی ہے۔ اب بھی اوپر کی مثال کا استعمال کرتے ہوئے، سوراخ سے باہر انڈکٹنس کا حساب اس طرح لگایا جا سکتا ہے:
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
اگر سگنل کا عروج کا وقت 1ns ہے، تو اس کے مساوی مائبادا سائز ہے:
XL=πL/T10-90=3.19Ω
اس طرح کی رکاوٹ کو ہائی فریکوئنسی کرنٹ کی موجودگی میں نظر انداز نہیں کیا جا سکتا، خاص طور پر، نوٹ کریں کہ بائی پاس کیپیسیٹر کو پاور لیئر اور تشکیل کو جوڑنے کے دوران دو سوراخوں سے گزرنا پڑتا ہے، تاکہ سوراخ کے پرجیوی انڈکٹنس کو کئی گنا بڑھا دیا جائے۔
کے ذریعے کا استعمال کیسے کریں؟
سوراخ کی پرجیوی خصوصیات کے اوپر کے تجزیے کے ذریعے، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ تیز رفتار PCB ڈیزائن میں، بظاہر سادہ سوراخ اکثر سرکٹ کے ڈیزائن پر بہت منفی اثرات لاتے ہیں۔ سوراخ کے پرجیوی اثر کی وجہ سے ہونے والے منفی اثرات کو کم کرنے کے لیے، ڈیزائن جہاں تک ممکن ہو ہو سکتا ہے:
لاگت اور سگنل کے معیار کے دو پہلوؤں سے، ویا سائز کا مناسب سائز منتخب کریں۔ اگر ضروری ہو تو، آپ مختلف سائز کے ویاس استعمال کرنے پر غور کر سکتے ہیں، جیسے کہ بجلی کی فراہمی یا زمینی تار کے سوراخوں کے لیے، آپ رکاوٹ کو کم کرنے کے لیے بڑے سائز کے استعمال پر غور کر سکتے ہیں، اور سگنل کی وائرنگ کے لیے، آپ چھوٹے ویاس استعمال کر سکتے ہیں۔ بلاشبہ، جیسے جیسے ویا کا سائز کم ہوتا جائے گا، اسی طرح کی لاگت بھی بڑھے گی۔
مذکورہ بالا دو فارمولوں سے یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ پتلے پی سی بی بورڈ کا استعمال دو طفیلی پیرامیٹرز کو کم کرنے کے لیے موزوں ہے۔
پی سی بی بورڈ پر سگنل کی وائرنگ کو جہاں تک ممکن ہو تبدیل نہ کیا جائے، یعنی کوشش کریں کہ غیر ضروری ویاس استعمال نہ کریں۔
ویاس کو پاور سپلائی کے پنوں اور زمین میں ڈرل کیا جانا چاہیے۔ پنوں اور ویاس کے درمیان سیسہ جتنا چھوٹا ہوگا، اتنا ہی بہتر ہے۔ مساوی انڈکٹنس کو کم کرنے کے لیے متوازی طور پر متعدد سوراخوں کو ڈرل کیا جا سکتا ہے۔
سگنل کے لیے قریب ترین لوپ فراہم کرنے کے لیے کچھ گراؤنڈ تھرو ہولز کو سگنل کی تبدیلی کے تھرو ہولز کے قریب رکھیں۔ آپ پی سی بی بورڈ پر کچھ اضافی زمینی سوراخ بھی رکھ سکتے ہیں۔
اعلی کثافت والے تیز رفتار پی سی بی بورڈز کے لیے، آپ مائیکرو ہولز استعمال کرنے پر غور کر سکتے ہیں۔