Un. El concepte bàsic de vias

Via és un dels components importants de PCB multicapa, i el cost de la perforació sol representar entre el 30% i el 40% del cost de fabricació de PCB. En poques paraules, cada forat del PCB es pot anomenar via.

Des del punt de vista de la funció, les vies es poden dividir en dues categories: una s’utilitza per a connexions elèctriques entre capes; l’altre s’utilitza per fixar o posicionar dispositius.

Pel que fa al procés, aquestes vies generalment es divideixen en tres categories, a saber, vies cegues, vies enterrades i vias través. Els forats cecs es troben a les superfícies superior i inferior de la placa de circuit imprès i tenen una certa profunditat. S’utilitzen per connectar la línia superficial i la línia interior subjacent. La profunditat del forat normalment no supera una determinada proporció (obertura). El forat enterrat es refereix al forat de connexió situat a la capa interior de la placa de circuit imprès, que no s’estén a la superfície de la placa de circuit. Els dos tipus de forats esmentats anteriorment es troben a la capa interna de la placa de circuits i es completen mitjançant un procés de formació de forats passant abans de la laminació, i es poden solapar diverses capes interiors durant la formació de la via. El tercer tipus s’anomena forat passant, que penetra a tota la placa de circuit i es pot utilitzar per a la interconnexió interna o com a forat de posicionament de muntatge de components. Com que el forat passant és més fàcil d’implementar en el procés i el cost és més baix, la majoria de plaques de circuits impresos l’utilitzen en lloc dels altres dos tipus de forats. Els següents forats de pas, tret que s’especifiqui el contrari, es consideren forats de pas.

Des del punt de vista del disseny, una via es compon principalment de dues parts, una és el forat al mig i l’altra és la zona del coixinet al voltant del forat. La mida d’aquestes dues parts determina la mida de la via. Òbviament, en el disseny de PCB d’alta velocitat i alta densitat, els dissenyadors sempre esperen que com més petit sigui el forat, millor, de manera que es pugui deixar més espai de cablejat a la placa. A més, com més petit sigui el forat de via, la capacitat parasitària pròpia. Com més petit és, més adequat és per a circuits d’alta velocitat. Tanmateix, la reducció de la mida del forat també comporta un augment del cost i la mida de la via no es pot reduir indefinidament. Està restringit per tecnologies de procés com ara la perforació i el xapat: com més petit és el forat, el trepant Com més temps trigui el forat, més fàcil serà desviar-se de la posició central; i quan la profunditat del forat supera les 6 vegades el diàmetre del forat, no es pot garantir que la paret del forat es pugui revestir uniformement amb coure. Per exemple, el gruix (a través de la profunditat del forat) d’una placa de PCB normal de 6 capes és d’uns 50 mil, de manera que el diàmetre de perforació mínim que poden proporcionar els fabricants de PCB només pot arribar als 8 mil.

En segon lloc, la capacitat parasitària de la via

La mateixa via té una capacitat parasitària a terra. Si se sap que el diàmetre del forat d’aïllament a la capa de terra de la via és D2, el diàmetre del coixinet de via és D1, el gruix de la placa PCB és T i la constant dielèctrica del substrat de la placa és ε, la mida de la capacitat paràsit de la via és aproximadament: C=1.41εTD1/(D2-D1) La capacitat paràsit de la via farà que el circuit prolongui el temps de pujada del senyal i redueixi la velocitat del circuit. Per exemple, per a un PCB amb un gruix de 50 mil, si s’utilitza una via amb un diàmetre interior de 10 mil i un diàmetre de coixinet de 20 mil, i la distància entre el coixinet i l’àrea de coure de terra és de 32 mil, llavors podem aproximar la via. utilitzant la fórmula anterior La capacitat paràsita és aproximadament: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, el canvi de temps de pujada causat per aquesta part de la capacitat és: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Es pot veure a partir d’aquests valors que, tot i que l’efecte del retard de pujada causat per la capacitat parasitària d’una única via no és obvi, si la via s’utilitza diverses vegades a la traça per canviar entre capes, el dissenyador encara hauria de considerar amb cura.

En tercer lloc, la inductància parasitària de la via

De la mateixa manera, hi ha inductàncies paràsites juntament amb la capacitat parasitària de les vies. En el disseny de circuits digitals d’alta velocitat, el dany causat per la inductància parasitària de les vies sovint és més gran que l’impacte de la capacitat parasitària. La seva inductància en sèrie parasitària debilitarà la contribució del condensador de derivació i debilitarà l’efecte de filtratge de tot el sistema d’alimentació. Simplement podem calcular la inductància paràsit aproximada d’una via amb la fórmula següent: L=5.08h[ln(4h/d)+1] on L es refereix a la inductància de la via, h és la longitud de la via i d és el centre El diàmetre del forat. Es pot veure a partir de la fórmula que el diàmetre de la via té una petita influència en la inductància, i la longitud de la via té la major influència sobre la inductància. Encara utilitzant l’exemple anterior, la inductància de la via es pot calcular com: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Si el temps de pujada del senyal és 1ns, aleshores la seva impedància equivalent és: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Aquesta impedància ja no es pot ignorar quan passen corrents d’alta freqüència. S’ha de prestar especial atenció al fet que el condensador de bypass ha de passar per dues vies quan es connecta el pla d’alimentació i el pla de terra, de manera que la inductància paràsita de les vies augmentarà exponencialment.

En quart lloc, mitjançant el disseny en PCB d’alta velocitat

Mitjançant l’anàlisi anterior de les característiques paràsites de les vies, podem veure que en el disseny de PCB d’alta velocitat, les vies aparentment senzilles sovint aporten grans efectes negatius al disseny del circuit. Per tal de reduir els efectes adversos causats pels efectes paràsits de les vies, es pot fer el següent en el disseny:

1. Des de la perspectiva del cost i la qualitat del senyal, seleccioneu una mida raonable mitjançant. Per exemple, per al disseny de la PCB del mòdul de memòria de 6-10 capes, és millor utilitzar 10/20Mil (perforat/coixinet). Per a alguns taulers de mida petita d’alta densitat, també podeu provar d’utilitzar 8/18Mil. forat. En les condicions tècniques actuals, és difícil utilitzar vies més petites. Per a vies d’alimentació o de terra, podeu considerar utilitzar una mida més gran per reduir la impedància.

2. Les dues fórmules comentades anteriorment es poden concloure que l’ús d’un PCB més prim és propici per reduir els dos paràmetres paràsits de la via.

3. Intenta no canviar les capes de les traces del senyal a la placa PCB, és a dir, intenta no utilitzar vies innecessàries.

4. Els pins d’alimentació i de terra s’han de perforar a prop, i el cable entre la via i el pin ha de ser el més curt possible, perquè augmentaran la inductància. Al mateix temps, els cables d’alimentació i terra han de ser tan gruixuts com sigui possible per reduir la impedància.

5. Col·loqueu algunes vies connectades a terra prop de les vies de la capa de senyal per proporcionar el bucle més proper per al senyal. Fins i tot és possible col·locar un gran nombre de vias de terra redundants a la placa PCB. Per descomptat, el disseny ha de ser flexible. El model via comentat anteriorment és el cas en què hi ha coixinets a cada capa. De vegades, podem reduir o fins i tot eliminar els coixinets d’algunes capes. Sobretot quan la densitat de vies és molt alta, pot provocar la formació d’un solc de trencament que separa el bucle a la capa de coure. Per solucionar aquest problema, a més de moure la posició de la via, també podem plantejar-nos col·locar la via sobre la capa de coure. La mida del coixinet es redueix.