Jedan. Osnovni koncept viasa

Via je jedna od važnih komponenti višeslojna PCB, a troškovi bušenja obično čine 30% do 40% troškova proizvodnje PCB-a. Jednostavno rečeno, svaka rupa na PCB-u se može nazvati prolazom.

Sa stanovišta funkcije, vias se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedna se koristi za električne veze između slojeva; drugi se koristi za fiksiranje ili pozicioniranje uređaja.

Što se tiče procesa, ovi spojevi se generalno dijele u tri kategorije, odnosno slijepi spojevi, ukopani propusnici i prolazni spojevi. Slijepe rupe se nalaze na gornjoj i donjoj površini štampane ploče i imaju određenu dubinu. Koriste se za povezivanje površinske linije i unutrašnje linije ispod. Dubina rupe obično ne prelazi određeni omjer (otvor blende). Zakopana rupa se odnosi na rupu za spajanje koja se nalazi u unutrašnjem sloju štampane ploče, a koja se ne proteže do površine ploče. Gore navedene dvije vrste rupa nalaze se u unutrašnjem sloju ploče i završavaju se procesom formiranja rupe prije laminacije, a nekoliko unutrašnjih slojeva se može preklapati tokom formiranja otvora. Treći tip se naziva prolazni otvor, koji prodire kroz cijelu ploču i može se koristiti za interno povezivanje ili kao rupa za pozicioniranje komponente. Budući da je prolaznu rupu lakše implementirati u procesu, a cijena je niža, većina tiskanih ploča koristi ga umjesto druge dvije vrste prolaznih rupa. Sljedeće prolazne rupe, osim ako nije drugačije naznačeno, smatraju se međurupama.

Sa stanovišta dizajna, prolaz se uglavnom sastoji od dva dijela, jedan je rupa za bušenje u sredini, a drugi je područje podmetača oko bušotine. Veličina ova dva dijela određuje veličinu prolaza. Očigledno, u dizajnu PCB-a velike brzine i velike gustine, dizajneri se uvijek nadaju da što je otvor za prolaz manji, to bolje, tako da se na ploči može ostaviti više prostora za ožičenje. Osim toga, što je manja prolazna rupa, to je i sam parazitski kapacitet. Što je manji, to je pogodniji za kola velike brzine. Međutim, smanjenje veličine rupe također dovodi do povećanja troškova, a veličina otvora ne može se smanjivati ​​beskonačno. Ograničeno je procesnim tehnologijama kao što su bušenje i oblaganje: što je manja rupa, to je bušenje Što rupa duže traje, lakše je odstupiti od središnje pozicije; a kada dubina rupe premašuje 6 puta prečnik izbušene rupe, ne može se garantovati da se zid rupe može ravnomerno obložiti bakrom. Na primjer, debljina (dubina rupe) normalne 6-slojne PCB ploče je oko 50Mil, tako da minimalni promjer bušenja koji proizvođači PCB-a mogu pružiti može doseći samo 8Mil.

Drugo, parazitski kapacitet otvora

Sam via ima parazitski kapacitet prema zemlji. Ako je poznato da je promjer izolacijskog otvora na sloju uzemljenja spojnice D2, promjer jastučića propusnice D1, debljina PCB ploče T, a dielektrična konstanta podloge ploče ε, veličina parazitne kapacitivnosti prelaza je približno: C=1.41εTD1/(D2-D1) Parazitska kapacitivnost prelaza će uzrokovati da kolo produži vreme porasta signala i smanji brzinu kola. Na primjer, za PCB debljine 50Mil, ako se koristi prolaz sa unutrašnjim prečnikom od 10Mil i promjerom jastučića od 20Mil, a udaljenost između jastučića i površine brušenog bakra je 32Mil, tada možemo aproksimirati prelaz koristeći gornju formulu Parazitni kapacitet je otprilike: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, promjena vremena porasta uzrokovana ovim dijelom kapacitivnosti je: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Iz ovih vrijednosti se može vidjeti da, iako učinak kašnjenja porasta uzrokovanog parazitskom kapacitivnošću jednog prolaza nije očigledan, ako se otvor koristi više puta u tragu za prebacivanje između slojeva, dizajner bi ipak trebao uzeti u obzir pažljivo.

Treće, parazitska induktivnost prolaza

Slično, postoje parazitne induktivnosti zajedno sa parazitskim kapacitetom vijasa. U dizajnu digitalnih kola velike brzine, šteta uzrokovana parazitskom induktivnošću vijasa je često veća od utjecaja parazitne kapacitivnosti. Njegova parazitska serijska induktivnost će oslabiti doprinos zaobilaznog kondenzatora i oslabiti efekat filtriranja cijelog elektroenergetskog sistema. Možemo jednostavno izračunati približnu parazitsku induktivnost prelaza sa sljedećom formulom: L=5.08h[ln(4h/d)+1] gdje se L odnosi na induktivnost međuspoja, h je dužina graničnika, a d je centar Prečnik rupe. Iz formule se vidi da prečnik otvora ima mali uticaj na induktivnost, a dužina prolaza ima najveći uticaj na induktivnost. I dalje koristeći gornji primjer, induktivnost graničnika se može izračunati kao: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Ako je vrijeme porasta signala 1ns, onda je njegova ekvivalentna impedansa: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takva impedansa se više ne može zanemariti kada prolaze visokofrekventne struje. Posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da premosni kondenzator treba da prođe kroz dva vijasa pri povezivanju ravni napajanja i uzemljenja, tako da će se parazitska induktivnost vijasa eksponencijalno povećati.

Četvrto, preko dizajna u PCB-u velike brzine

Kroz gornju analizu parazitskih karakteristika vias-a, možemo vidjeti da u dizajnu PCB-a velike brzine, naizgled jednostavni vias često donose velike negativne efekte na dizajn kola. Kako bi se smanjili štetni efekti uzrokovani parazitskim djelovanjem vias, u dizajnu se može učiniti sljedeće:

1. Iz perspektive cijene i kvaliteta signala, odaberite razumnu veličinu preko. Na primjer, za dizajn PCB-a memorijskog modula od 6-10 slojeva, bolje je koristiti 10/20Mil (izbušeni/podmetnuti) spojevi. Za neke male ploče visoke gustine, također možete pokušati koristiti 8/18 Mil. rupa. U trenutnim tehničkim uslovima, teško je koristiti manje prelaze. Za strujne ili uzemljene spojeve, možete razmotriti korištenje veće veličine za smanjenje impedancije.

2. Dve formule o kojima smo gore govorili mogu se zaključiti da upotreba tanjeg PCB-a doprinosi smanjenju dva parazitska parametra otvora.

3. Pokušajte da ne mijenjate slojeve signalnih tragova na PCB ploči, odnosno pokušajte da ne koristite nepotrebne vias.

4. Pinovi za napajanje i uzemljenje treba da budu izbušeni u blizini, a vod između priključka i pina treba da bude što kraći, jer će povećati induktivnost. U isto vrijeme, kablovi za napajanje i uzemljenje trebaju biti što deblji kako bi se smanjila impedancija.

5. Postavite neke uzemljene spojeve blizu otvora signalnog sloja kako biste osigurali najbližu petlju za signal. Čak je moguće postaviti veliki broj redundantnih uzemljenja na PCB ploču. Naravno, dizajn mora biti fleksibilan. Preko modela o kojem smo ranije govorili je slučaj kada na svakom sloju postoje jastučići. Ponekad možemo smanjiti ili čak ukloniti jastučiće nekih slojeva. Naročito kada je gustina otvora vrlo visoka, to može dovesti do stvaranja žljeba za lomljenje koji razdvaja petlju u bakrenom sloju. Da bismo riješili ovaj problem, osim pomicanja položaja otvora, možemo razmotriti i postavljanje otvora na sloj bakra. Veličina jastučića je smanjena.