En. Det grundlæggende koncept for vias

Via er en af ​​de vigtige komponenter i flerlags PCB, og omkostningerne ved boring tegner sig normalt for 30% til 40% af PCB-fremstillingsomkostningerne. Kort sagt kan hvert hul på printkortet kaldes en via.

Fra et funktionssynspunkt kan vias opdeles i to kategorier: den ene bruges til elektriske forbindelser mellem lag; den anden bruges til fastgørelses- eller positioneringsanordninger.

Med hensyn til proces er disse vias generelt opdelt i tre kategorier, nemlig blinde vias, begravede vias og gennemgangsvias. Blindhuller er placeret på top- og bundfladen af ​​printkortet og har en vis dybde. De bruges til at forbinde overfladelinjen og den underliggende indre linje. Hullets dybde overstiger normalt ikke et vist forhold (åbning). Nedgravet hul refererer til forbindelseshullet placeret i det indvendige lag af printpladen, som ikke strækker sig til overfladen af ​​printkortet. De ovennævnte to typer huller er placeret i det indre lag af printpladen og fuldendes af en gennemgående huldannelsesproces før laminering, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen af ​​gennemgangen. Den tredje type kaldes et gennemgående hul, som penetrerer hele printpladen og kan bruges til intern sammenkobling eller som et komponentmonteringspositioneringshul. Fordi det gennemgående hul er lettere at implementere i processen, og omkostningerne er lavere, bruger de fleste printkort det i stedet for de to andre typer af gennemgangshuller. Følgende gennemgangshuller, medmindre andet er angivet, betragtes som gennemgangshuller.

Fra et designsynspunkt er en via hovedsageligt sammensat af to dele, den ene er borehullet i midten, og den anden er pudeområdet omkring borehullet. Størrelsen af ​​disse to dele bestemmer størrelsen af ​​gennemgangen. I højhastigheds-printkortdesign med høj tæthed håber designere naturligvis altid, at jo mindre gennemgangshullet er, jo bedre, så der kan efterlades mere ledningsplads på kortet. Desuden, jo mindre gennemgangshullet er, dens egen parasitære kapacitans. Jo mindre den er, jo mere egnet er den til højhastighedskredsløb. Reduktionen af ​​hulstørrelsen medfører imidlertid også en stigning i omkostningerne, og størrelsen af ​​gennemgangen kan ikke reduceres i det uendelige. Det er begrænset af procesteknologier såsom boring og plettering: Jo mindre hullet er, boret Jo længere hullet tager, jo lettere er det at afvige fra midterpositionen; og når dybden af ​​hullet overstiger 6 gange diameteren af ​​det borede hul, kan det ikke garanteres, at hulvæggen kan være ensartet belagt med kobber. For eksempel er tykkelsen (gennem huldybden) af et normalt 6-lags PCB-kort omkring 50Mil, så den mindste borediameter, som PCB-producenter kan levere, kan kun nå 8Mil.

For det andet den parasitære kapacitans af via’en

Via selve har en parasitisk kapacitans til jord. Hvis det er kendt, at diameteren af ​​isolationshullet på jordlaget af viaen er D2, diameteren af ​​via-puden er D1, tykkelsen af ​​PCB-kortet er T, og den dielektriske konstant for kortsubstratet er ε, størrelsen af ​​den parasitære kapacitans af via’en er cirka: C=1.41εTD1/(D2-D1) Via’ens parasitiske kapacitans vil få kredsløbet til at forlænge signalets stigetid og reducere kredsløbets hastighed. For eksempel, for et PCB med en tykkelse på 50Mil, hvis der anvendes en via med en indre diameter på 10Mil og en pudediameter på 20Mil, og afstanden mellem puden og det jordede kobberareal er 32Mil, så kan vi tilnærme via ved at bruge ovenstående formel Den parasitære kapacitans er groft sagt: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, stigningstidsændringen forårsaget af denne del af kapacitansen er: T10-90=2.2C(Z0) /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Det kan ses ud fra disse værdier, at selvom effekten af ​​stigningsforsinkelsen forårsaget af den parasitære kapacitans af en enkelt via ikke er indlysende, hvis viaen bruges flere gange i sporet til at skifte mellem lag, bør designeren stadig overveje omhyggeligt.

For det tredje den parasitære induktans af via

På samme måde er der parasitære induktanser sammen med den parasitære kapacitans af viaerne. I design af højhastigheds digitale kredsløb er skaden forårsaget af den parasitære induktans af vias ofte større end virkningen af ​​den parasitære kapacitans. Dens parasitære serieinduktans vil svække bidraget fra bypass-kondensatoren og svække filtreringseffekten af ​​hele strømsystemet. Vi kan ganske enkelt beregne den omtrentlige parasitære induktans af en via med følgende formel: L=5.08h[ln(4h/d)+1] hvor L refererer til induktansen af ​​via’en, h er længden af ​​via’en, og d er centrum Hullets diameter. Det kan ses af formlen, at diameteren af ​​via’en har en lille indflydelse på induktansen, og længden af ​​via’en har størst indflydelse på induktansen. Stadig ved at bruge ovenstående eksempel, kan induktansen af ​​via’en beregnes som: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Hvis stigetiden for signalet er 1ns, så er dets ækvivalente impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. En sådan impedans kan ikke længere ignoreres, når højfrekvente strømme passerer. Der skal lægges særlig vægt på det faktum, at bypass-kondensatoren skal passere gennem to vias, når strømplanet og jordplanet forbindes, så den parasitære induktans af viaerne vil stige eksponentielt.

For det fjerde via design i højhastigheds PCB

Gennem ovenstående analyse af de parasitære egenskaber ved vias kan vi se, at i højhastigheds-PCB-design bringer tilsyneladende simple vias ofte store negative effekter til kredsløbsdesign. For at reducere de negative virkninger forårsaget af de parasitiske virkninger af vias, kan følgende gøres i designet:

1. Ud fra perspektivet af omkostninger og signalkvalitet, vælg en rimelig størrelse via. For eksempel, for 6-10 lags hukommelsesmodul PCB-design, er det bedre at bruge 10/20Mil (boret/pude) vias. For nogle high-density small-size boards kan du også prøve at bruge 8/18Mil. hul. Under de nuværende tekniske forhold er det svært at bruge mindre vias. For strøm- eller jordforbindelser kan du overveje at bruge en større størrelse for at reducere impedansen.

2. De to formler diskuteret ovenfor kan konkluderes, at brugen af ​​et tyndere PCB er befordrende for at reducere de to parasitære parametre for via’en.

3. Prøv ikke at ændre lagene af signalsporene på printkortet, det vil sige, prøv ikke at bruge unødvendige vias.

4. Strøm- og jordstifterne skal bores i nærheden, og ledningen mellem gennemgangen og stiften skal være så kort som muligt, fordi de vil øge induktansen. Samtidig skal strøm- og jordledningerne være så tykke som muligt for at reducere impedansen.

5. Placer nogle jordede vias nær signallagets vias for at give signalet den nærmeste sløjfe. Det er endda muligt at placere et stort antal redundante jordforbindelser på printkortet. Selvfølgelig skal designet være fleksibelt. Via-modellen diskuteret tidligere er tilfældet, hvor der er puder på hvert lag. Nogle gange kan vi reducere eller endda fjerne puderne på nogle lag. Især når tætheden af ​​vias er meget høj, kan det føre til dannelsen af ​​en brudrille, der adskiller løkken i kobberlaget. For at løse dette problem kan vi, udover at flytte via’ens position, også overveje at placere via’en på kobberlaget. Pudens størrelse er reduceret.