Un. O concepto básico de vias

Vía é un dos compoñentes importantes de PCB multicapa, e o custo da perforación adoita representar entre o 30% e o 40% do custo de fabricación de PCB. En pocas palabras, cada burato do PCB pódese chamar vía.

Desde o punto de vista da función, as vías pódense dividir en dúas categorías: unha úsase para conexións eléctricas entre capas; a outra utilízase para fixar ou posicionar dispositivos.

En termos de proceso, estas vías divídense xeralmente en tres categorías, a saber, vías cegas, vías enterradas e vías a través. Os buratos cegos están situados nas superficies superior e inferior da placa de circuíto impreso e teñen unha certa profundidade. Utilízanse para conectar a liña superficial e a liña interior subxacente. A profundidade do burato normalmente non supera unha determinada proporción (apertura). O burato enterrado refírese ao orificio de conexión situado na capa interna da placa de circuíto impreso, que non se estende á superficie da placa de circuíto. Os dous tipos de orificios mencionados anteriormente están situados na capa interna da placa de circuíto e complétanse mediante un proceso de formación de orificios pasantes antes da laminación, podendo superpoñerse varias capas internas durante a formación da vía. O terceiro tipo chámase orificio pasante, que penetra en toda a placa de circuíto e pode usarse para a interconexión interna ou como orificio de posicionamento de montaxe de compoñentes. Debido a que o orificio pasante é máis doado de implementar no proceso e o custo é menor, a maioría das placas de circuíto impreso utilízano en lugar dos outros dous tipos de orificios de paso. Os seguintes orificios de paso, a menos que se especifique o contrario, considéranse como orificios de paso.

Desde o punto de vista do deseño, unha vía componse principalmente de dúas partes, unha é o buraco no medio e a outra é a área da almofada ao redor do buraco. O tamaño destas dúas partes determina o tamaño da vía. Obviamente, no deseño de PCB de alta velocidade e alta densidade, os deseñadores sempre esperan que canto máis pequeno sexa o orificio de paso, mellor, para que se poida deixar máis espazo de cableado no taboleiro. Ademais, canto menor sexa o orificio de vía, a capacidade parasitaria é propia. Canto máis pequeno sexa, máis axeitado é para circuítos de alta velocidade. Non obstante, a redución do tamaño do burato tamén provoca un aumento do custo, e o tamaño da vía non se pode reducir indefinidamente. Está restrinxido por tecnoloxías de proceso como a perforación e o chapado: canto máis pequeno sexa o burato, o taladro Canto máis tempo tarde o burato, máis fácil será desviarse da posición central; e cando a profundidade do buraco supera 6 veces o diámetro do burato perforado, non se pode garantir que a parede do burato poida estar uniformemente recuberta de cobre. Por exemplo, o grosor (a través da profundidade do burato) dunha placa PCB normal de 6 capas é duns 50 mil, polo que o diámetro de perforación mínimo que poden proporcionar os fabricantes de PCB só pode alcanzar os 8 mil.

En segundo lugar, a capacidade parasitaria da vía

A vía en si ten unha capacidade parasitaria a terra. Se se sabe que o diámetro do orificio de illamento na capa de terra da vía é D2, o diámetro da almofada é D1, o grosor da placa PCB é T e a constante dieléctrica do substrato da placa é ε, o tamaño da capacidade parasitaria da vía é aproximadamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) A capacidade parasitaria da vía fará que o circuíto prolonge o tempo de subida do sinal e reduza a velocidade do circuíto. Por exemplo, para unha PCB cun espesor de 50 mil, se se usa unha vía cun diámetro interior de 10 mil e un diámetro de almofada de 20 mil, e a distancia entre a almofada e a área de cobre do chan é de 32 mil, entón podemos aproximar a vía. usando a fórmula anterior A capacitancia parasitaria é aproximadamente: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, o cambio de tempo de subida causado por esta parte da capacitancia é: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Pódese ver a partir destes valores que, aínda que o efecto do atraso de subida causado pola capacidade parasitaria dunha única vía non é obvio, se a vía se usa varias veces na traza para cambiar entre capas, o deseñador aínda debería considerar coidadosamente.

En terceiro lugar, a inductancia parasitaria da vía

Do mesmo xeito, hai inductancias parasitarias xunto coa capacidade parasitaria dos vias. No deseño de circuítos dixitais de alta velocidade, o dano causado pola inductancia parasitaria das vías adoita ser maior que o impacto da capacidade parasitaria. A súa inductancia en serie parasitaria debilitará a contribución do capacitor de derivación e debilitará o efecto de filtrado de todo o sistema de enerxía. Simplemente podemos calcular a inductancia parasitaria aproximada dunha vía coa seguinte fórmula: L=5.08h[ln(4h/d)+1] onde L refírese á inductancia da vía, h é a lonxitude da vía e d é o centro O diámetro do burato. A partir da fórmula pódese ver que o diámetro da vía ten unha pequena influencia sobre a inductancia, e a lonxitude da vía ten a maior influencia sobre a inductancia. Aínda usando o exemplo anterior, a inductancia da vía pódese calcular como: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Se o tempo de subida do sinal é 1ns, a súa impedancia equivalente é: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tal impedancia xa non se pode ignorar cando pasan correntes de alta frecuencia. Debe prestarse especial atención ao feito de que o capacitor de derivación debe pasar por dúas vías ao conectar o plano de potencia e o plano de terra, de xeito que a inductancia parasitaria das vías aumentará exponencialmente.

En cuarto lugar, a través do deseño en PCB de alta velocidade

A través da análise anterior das características parasitarias dos vias, podemos ver que no deseño de PCB de alta velocidade, os vias aparentemente simples adoitan traer grandes efectos negativos ao deseño de circuítos. Para reducir os efectos adversos causados ​​polos efectos parasitarios das vías, pódese facer o seguinte no deseño:

1. Desde a perspectiva do custo e da calidade do sinal, seleccione un tamaño razoable mediante. Por exemplo, para o deseño de PCB do módulo de memoria de 6-10 capas, é mellor usar vías 10/20Mil (perforada/pad). Para algunhas placas de tamaño pequeno de alta densidade, tamén podes probar a usar 8/18Mil. burato. Nas condicións técnicas actuais, é difícil utilizar vías máis pequenas. Para vías de alimentación ou de terra, pode considerar usar un tamaño maior para reducir a impedancia.

2. As dúas fórmulas comentadas anteriormente pódense concluír que o uso dun PCB máis fino é propicio para reducir os dous parámetros parasitarios da vía.

3. Intente non cambiar as capas das trazas de sinal na placa PCB, é dicir, intente non usar vías innecesarias.

4. Os pinos de alimentación e de terra deben perforarse preto e o cable entre a vía e o pin debe ser o máis curto posible, porque aumentarán a inductancia. Ao mesmo tempo, os cables de alimentación e terra deben ser o máis grosos posible para reducir a impedancia.

5. Coloque algúns vias conectados a terra preto dos vias da capa de sinal para proporcionar o bucle máis próximo para o sinal. Incluso é posible colocar un gran número de vías de terra redundantes na placa PCB. Por suposto, o deseño debe ser flexible. O modelo vía comentado anteriormente é o caso no que hai almofadas en cada capa. Ás veces, podemos reducir ou mesmo eliminar as almofadas dalgunhas capas. Especialmente cando a densidade de vías é moi alta, pode levar á formación dun suco de rotura que separa o bucle na capa de cobre. Para solucionar este problema, ademais de mover a posición da vía, tamén podemos considerar colocar a vía sobre a capa de cobre. O tamaño da almofada é reducido.