Un. Y cysyniad sylfaenol o vias

Trwy un o gydrannau pwysig PCB amlhaenog, ac mae cost drilio fel arfer yn cyfrif am 30% i 40% o gost gweithgynhyrchu PCB. Yn syml, gellir galw pob twll ar y PCB yn via.

O safbwynt swyddogaeth, gellir rhannu vias yn ddau gategori: defnyddir un ar gyfer cysylltiadau trydanol rhwng haenau; defnyddir y llall ar gyfer gosod neu osod dyfeisiau.

O ran y broses, mae’r vias hyn yn gyffredinol wedi’u rhannu’n dri chategori, sef vias dall, vias claddedig a thrwy vias. Mae tyllau dall wedi’u lleoli ar arwynebau uchaf a gwaelod y bwrdd cylched printiedig ac mae ganddynt ddyfnder penodol. Fe’u defnyddir i gysylltu’r llinell arwyneb a’r llinell fewnol waelodol. Nid yw dyfnder y twll fel arfer yn fwy na chymhareb benodol (agorfa). Mae twll claddedig yn cyfeirio at y twll cysylltu sydd wedi’i leoli yn haen fewnol y bwrdd cylched printiedig, nad yw’n ymestyn i wyneb y bwrdd cylched. Mae’r ddau fath o dyllau uchod wedi’u lleoli yn haen fewnol y bwrdd cylched, ac fe’u cwblheir gan broses ffurfio twll trwy lamineiddio, a gellir gorgyffwrdd sawl haen fewnol wrth ffurfio’r via. Gelwir y trydydd math yn dwll trwodd, sy’n treiddio’r bwrdd cylched cyfan a gellir ei ddefnyddio ar gyfer cydgysylltiad mewnol neu fel twll lleoli mowntio cydran. Oherwydd bod y twll trwodd yn haws ei weithredu yn y broses a bod y gost yn is, mae’r rhan fwyaf o fyrddau cylched printiedig yn ei ddefnyddio yn lle’r ddau fath arall o drwy dyllau. Mae’r canlynol trwy dyllau, oni nodir yn wahanol, fel trwy dyllau.

O safbwynt dylunio, mae via yn cynnwys dwy ran yn bennaf, un yw’r twll drilio yn y canol, a’r llall yw’r man pad o amgylch y twll drilio. Mae maint y ddwy ran hyn yn pennu maint y via. Yn amlwg, mewn dyluniad PCB cyflym, dwysedd uchel, mae dylunwyr bob amser yn gobeithio mai’r lleiaf yw’r twll drwodd, y gorau, fel y gellir gadael mwy o le gwifrau ar y bwrdd. Yn ogystal, y lleiaf yw’r twll drwodd, cynhwysedd parasitig ei hun. Y lleiaf ydyw, y mwyaf addas ydyw ar gyfer cylchedau cyflym. Fodd bynnag, mae lleihau maint y twll hefyd yn arwain at gynnydd yn y gost, ac ni ellir lleihau maint y ffordd amhenodol. Mae’n cael ei gyfyngu gan dechnolegau proses fel drilio a phlatio: y lleiaf yw’r twll, y dril Po hiraf y mae’r twll yn ei gymryd, yr hawsaf yw gwyro o safle’r ganolfan; a phan fydd dyfnder y twll yn fwy na 6 gwaith diamedr y twll wedi’i ddrilio, ni ellir gwarantu y gellir platio’r wal dwll yn unffurf â chopr. Er enghraifft, mae trwch (trwy ddyfnder twll) bwrdd PCB 6-haen arferol tua 50Mil, felly dim ond 8Mil y gall y diamedr drilio lleiaf y gall gweithgynhyrchwyr PCB ei ddarparu.

Yn ail, cynhwysedd parasitig y via

Mae gan y via ei hun gynhwysedd parasitig i’r ddaear. Os yw’n hysbys mai diamedr y twll ynysu ar haen ddaear y via yw D2, diamedr y pad via yw D1, trwch y bwrdd PCB yw T, a chysondeb dielectrig swbstrad y bwrdd yw ε, mae maint cynhwysedd parasitig y via oddeutu: C = 1.41εTD1 / (D2-D1) Bydd cynhwysedd parasitig y via yn achosi i’r cylched estyn amser codi’r signal a lleihau cyflymder y gylched. Er enghraifft, ar gyfer PCB â thrwch o 50Mil, os defnyddir a gyda diamedr mewnol o 10Mil a diamedr pad o 20Mil, a’r pellter rhwng y pad a’r ardal copr daear yw 32Mil, yna gallwn amcangyfrif y via gan ddefnyddio’r fformiwla uchod Mae’r cynhwysedd parasitig yn fras: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020 / (0.032-0.020) = 0.517pF, y newid amser codi a achosir gan y rhan hon o’r cynhwysedd yw: T10-90 = 2.2C (Z0 /2)=2.2 x0.517x (55/2) = 31.28ps. Gellir gweld o’r gwerthoedd hyn, er nad yw effaith yr oedi codi a achosir gan gynhwysedd parasitig sengl trwy yn amlwg, os yw’r via yn cael ei ddefnyddio sawl gwaith yn yr olrhain i newid rhwng haenau, dylai’r dylunydd ystyried o hyd yn ofalus.

Yn drydydd, inductance parasitig y via

Yn yr un modd, mae inductances parasitig ynghyd â chynhwysedd parasitig y vias. Wrth ddylunio cylchedau digidol cyflym, mae’r niwed a achosir gan anwythiad parasitig y vias yn aml yn fwy nag effaith y cynhwysedd parasitig. Bydd ei anwythiad cyfres parasitig yn gwanhau cyfraniad y cynhwysydd ffordd osgoi ac yn gwanhau effaith hidlo’r system bŵer gyfan. Yn syml, gallwn gyfrifo anwythiad parasitig bras dull drwodd â’r fformiwla ganlynol: L = 5.08h [ln (4h / d) +1] lle mae L yn cyfeirio at anwythiad y via, h yw hyd y via, a ch yw’r canol Diamedr y twll. Gellir gweld o’r fformiwla bod diamedr y via yn cael dylanwad bach ar y inductance, a hyd y via sy’n cael y dylanwad mwyaf ar y inductance. Gan ddefnyddio’r enghraifft uchod o hyd, gellir cyfrifo anwythiad y via fel: L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050 / 0.010) +1] = 1.015nH. Os yw amser codi’r signal yn 1ns, yna ei rwystriant cyfatebol yw: XL = πL / T10-90 = 3.19Ω. Ni ellir anwybyddu rhwystriant o’r fath mwyach pan fydd ceryntau amledd uchel yn pasio. Dylid rhoi sylw arbennig i’r ffaith bod angen i’r cynhwysydd ffordd osgoi fynd trwy ddwy fwlch wrth gysylltu’r awyren bŵer a’r awyren ddaear, fel y bydd anwythiad parasitig y vias yn cynyddu’n esbonyddol.

Yn bedwerydd, trwy ddylunio mewn PCB cyflym

Trwy’r dadansoddiad uchod o nodweddion parasitig vias, gallwn weld, mewn dyluniad PCB cyflym, bod vias sy’n ymddangos yn syml yn aml yn dod ag effeithiau negyddol mawr i ddyluniad cylched. Er mwyn lleihau’r effeithiau andwyol a achosir gan effeithiau parasitig y vias, gellir gwneud y canlynol yn y dyluniad:

1. O safbwynt cost ac ansawdd signal, dewiswch faint rhesymol trwy. Er enghraifft, ar gyfer dyluniad PCB modiwl cof haen 6-10, mae’n well defnyddio 10 / 20Mil (drilio / pad) vias. Ar gyfer rhai byrddau dwysedd bach dwysedd uchel, gallwch hefyd geisio defnyddio 8 / 18Mil. twll. O dan yr amodau technegol cyfredol, mae’n anodd defnyddio vias llai. Ar gyfer pŵer neu diroedd daear, gallwch ystyried defnyddio maint mwy i leihau rhwystriant.

2. Gellir dod i’r casgliad bod y ddau fformiwla a drafodwyd uchod bod defnyddio PCB teneuach yn ffafriol i leihau dau baramedr parasitig y via.

3. Ceisiwch beidio â newid haenau’r olion signal ar fwrdd y PCB, hynny yw, ceisiwch beidio â defnyddio vias diangen.

4. Dylai’r pŵer a’r pinnau daear gael eu drilio gerllaw, a dylai’r plwm rhwng y ffordd a’r pin fod mor fyr â phosibl, oherwydd byddant yn cynyddu’r inductance. Ar yr un pryd, dylai’r pŵer a’r gwifrau daear fod mor drwchus â phosibl i leihau rhwystriant.

5. Rhowch rai cilfachau daear ger ymylon yr haen signal i ddarparu’r ddolen agosaf ar gyfer y signal. Mae hyd yn oed yn bosibl rhoi nifer fawr o diroedd segur ar fwrdd y PCB. Wrth gwrs, mae angen i’r dyluniad fod yn hyblyg. Y model via a drafodwyd yn gynharach yw’r achos lle mae padiau ar bob haen. Weithiau, gallwn leihau neu hyd yn oed dynnu padiau rhai haenau. Yn enwedig pan fo dwysedd vias yn uchel iawn, gall arwain at ffurfio rhigol torri sy’n gwahanu’r ddolen yn yr haen gopr. Er mwyn datrys y broblem hon, yn ogystal â symud lleoliad y ffordd drwodd, gallwn hefyd ystyried gosod y ffordd drwodd ar yr haen gopr. Mae maint y pad yn cael ei leihau.