Jeden. Základní koncept vias

Via je jednou z důležitých součástí vícevrstvé DPSa náklady na vrtání obvykle tvoří 30 % až 40 % výrobních nákladů PCB. Zjednodušeně řečeno, každou díru na PCB lze nazvat prokovem.

Z hlediska funkce lze prokovy rozdělit do dvou kategorií: jedna se používá pro elektrické spojení mezi vrstvami; druhý se používá pro upevnění nebo polohování zařízení.

Z hlediska procesu jsou tyto prokovy obecně rozděleny do tří kategorií, jmenovitě slepé prokovy, zakopané prokovy a průchozí prokovy. Slepé otvory jsou umístěny na horní a spodní ploše desky s plošnými spoji a mají určitou hloubku. Používají se ke spojení povrchové linie a spodní vnitřní linie. Hloubka otvoru většinou nepřesahuje určitý poměr (otvor). Zasypaný otvor označuje spojovací otvor umístěný ve vnitřní vrstvě desky plošných spojů, který nezasahuje až k povrchu desky plošných spojů. Výše uvedené dva typy otvorů jsou umístěny ve vnitřní vrstvě obvodové desky a jsou dokončeny procesem vytváření průchozích otvorů před laminací, přičemž několik vnitřních vrstev se může během vytváření prokovu překrývat. Třetí typ se nazývá průchozí otvor, který proniká celou obvodovou deskou a lze jej použít pro vnitřní propojení nebo jako polohovací otvor pro montáž součástek. Protože se průchozí otvor v procesu snáze implementuje a náklady jsou nižší, většina desek s plošnými spoji ho používá místo dalších dvou typů průchozích otvorů. Následující průchozí otvory, pokud není uvedeno jinak, jsou považovány za průchozí otvory.

Z konstrukčního hlediska se prokov skládá hlavně ze dvou částí, jednou je vyvrtaný otvor uprostřed a druhý je oblast podložky kolem vyvrtaného otvoru. Velikost těchto dvou částí určuje velikost prokovu. Je zřejmé, že ve vysokorychlostním designu PCB s vysokou hustotou návrháři vždy doufají, že čím menší je průchozí otvor, tím lépe, takže na desce může být ponecháno více prostoru pro kabeláž. Navíc, čím menší průchozí otvor, tím vlastní parazitní kapacita. Čím je menší, tím je vhodnější pro vysokorychlostní okruhy. Zmenšení velikosti otvoru však také přináší zvýšení nákladů a velikost prokovu nelze zmenšovat donekonečna. Je omezena procesními technologiemi, jako je vrtání a pokovování: čím menší otvor, vrták Čím déle otvor trvá, tím snazší je vychýlit se ze středové polohy; a když hloubka otvoru přesahuje 6násobek průměru vyvrtaného otvoru, nelze zaručit, že stěna otvoru může být rovnoměrně pokovena mědí. Například tloušťka (hloubka průchozího otvoru) běžné 6vrstvé desky PCB je asi 50 milionů, takže minimální průměr vrtání, který mohou výrobci desek plošných spojů poskytnout, může dosáhnout pouze 8 milionů.

Za druhé, parazitní kapacita průchodu

Průchod samotný má parazitní kapacitu vůči zemi. Pokud je známo, že průměr izolačního otvoru na zemní vrstvě prokovu je D2, průměr podložky prokovu je D1, tloušťka desky plošných spojů je T a dielektrická konstanta substrátu desky je ε, velikost parazitní kapacity prokovu je přibližně: C=1.41εTD1/(D2-D1) Parazitní kapacita prokovu způsobí, že obvod prodlouží dobu náběhu signálu a sníží rychlost obvodu. Například pro PCB o tloušťce 50 Mil, pokud se použije prokov s vnitřním průměrem 10 Mil a průměrem podložky 20 Mil, a vzdálenost mezi podložkou a uzemněnou měděnou plochou je 32 Mil, pak můžeme aproximovat prokov pomocí výše uvedeného vzorce Parazitní kapacita je zhruba: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, změna doby náběhu způsobená touto částí kapacity je: T10-90=2.2C(Z0 /2) = 2.2 x 0.517 x (55/2) = 31.28 ps. Z těchto hodnot je vidět, že ačkoliv vliv zpoždění náběhu způsobeného parazitní kapacitou jednoho prokovu není zřejmý, pokud je prokov ve trasování použit vícekrát k přepínání mezi vrstvami, měl by konstruktér stále zvážit opatrně.

Za třetí, parazitní indukčnost průchodu

Podobně existují parazitní indukčnosti spolu s parazitní kapacitou prokovů. Při návrhu vysokorychlostních digitálních obvodů je poškození způsobené parazitní indukčností prokovu často větší než dopad parazitní kapacity. Jeho parazitní sériová indukčnost zeslabí příspěvek obtokového kondenzátoru a zeslabí filtrační účinek celého energetického systému. Můžeme jednoduše vypočítat přibližnou parazitní indukčnost prokovu pomocí následujícího vzorce: L=5.08h[ln(4h/d)+1] kde L označuje indukčnost prokovu, h je délka prokovu a d je střed Průměr otvoru. Ze vzorce je vidět, že průměr prokovu má malý vliv na indukčnost a délka prokovu má největší vliv na indukčnost. Při použití výše uvedeného příkladu lze indukčnost prokovu vypočítat jako: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015 nH. Je-li doba náběhu signálu 1ns, pak jeho ekvivalentní impedance je: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takovou impedanci již nelze ignorovat při průchodu vysokofrekvenčních proudů. Zvláštní pozornost by měla být věnována skutečnosti, že obtokový kondenzátor musí procházet dvěma prokovy při připojení napájecí roviny a zemní plochy, takže parazitní indukčnost prokovů exponenciálně vzroste.

Za čtvrté, prostřednictvím návrhu ve vysokorychlostní desce plošných spojů

Prostřednictvím výše uvedené analýzy parazitních charakteristik prokovů můžeme vidět, že při návrhu vysokorychlostních desek plošných spojů zdánlivě jednoduché prokovy často přinášejí velké negativní účinky na návrh obvodu. Aby se snížily nepříznivé účinky způsobené parazitními účinky prokovů, lze v návrhu provést následující:

1. Z hlediska ceny a kvality signálu vyberte přiměřenou velikost přes. Například pro návrh 6-10vrstvého paměťového modulu PCB je lepší použít 10/20Mil (vrtané/podložky) prokovy. U některých desek malých rozměrů s vysokou hustotou můžete také zkusit použít 8/18Mil. otvor. Za současných technických podmínek je použití menších prokovů obtížné. Pro napájení nebo zemní průchody můžete zvážit použití větší velikosti, abyste snížili impedanci.

2. Ze dvou výše uvedených vzorců lze vyvodit závěr, že použití tenčího PCB vede ke snížení dvou parazitních parametrů prokovu.

3. Snažte se neměnit vrstvy signálových stop na desce plošných spojů, to znamená, snažte se nepoužívat zbytečné prokovy.

4. Napájecí a zemnicí kolíky by měly být vyvrtány poblíž a vedení mezi průchodem a kolíkem by mělo být co nejkratší, protože zvýší indukčnost. Současně by napájecí a zemnící vodiče měly být co nejtlustší, aby se snížila impedance.

5. Umístěte několik uzemněných prokovů do blízkosti prokovů signálové vrstvy, abyste zajistili nejbližší smyčku pro signál. Na desku PCB je dokonce možné umístit velké množství redundantních zemních prokovů. Samozřejmě, že design musí být flexibilní. Model via diskutovaný výše je případ, kdy jsou na každé vrstvě podložky. Někdy můžeme zmenšit nebo dokonce odstranit podložky některých vrstev. Zejména když je hustota prokovů velmi vysoká, může to vést k vytvoření lomové drážky, která odděluje smyčku v měděné vrstvě. Abychom tento problém vyřešili, můžeme kromě posunutí polohy prokovu také zvážit umístění prokovu na měděnou vrstvu. Velikost podložky je zmenšena.