એક. વિઆસની મૂળભૂત વિભાવના

વાયા ના મહત્વના ઘટકોમાંનું એક છે મલ્ટિલેયર પીસીબી, અને ડ્રિલિંગનો ખર્ચ સામાન્ય રીતે PCB ઉત્પાદન ખર્ચના 30% થી 40% જેટલો હોય છે. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, PCB પરના દરેક છિદ્રને વાયા કહી શકાય.

કાર્યના દૃષ્ટિકોણથી, વિઆસને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: એકનો ઉપયોગ સ્તરો વચ્ચેના વિદ્યુત જોડાણ માટે થાય છે; અન્ય ફિક્સિંગ અથવા પોઝિશનિંગ ઉપકરણો માટે વપરાય છે.

પ્રક્રિયાના સંદર્ભમાં, આ વિયાસને સામાન્ય રીતે ત્રણ શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જેમ કે અંધ વિયાસ, દફનાવવામાં આવેલ વિયાસ અને મારફતે વિયાસ. અંધ છિદ્રો પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની ઉપર અને નીચેની સપાટી પર સ્થિત છે અને ચોક્કસ ઊંડાઈ ધરાવે છે. તેનો ઉપયોગ સપાટીની રેખા અને અંતર્ગત આંતરિક રેખાને જોડવા માટે થાય છે. છિદ્રની ઊંડાઈ સામાન્ય રીતે ચોક્કસ ગુણોત્તર (બાકોરું) કરતાં વધી જતી નથી. દફનાવવામાં આવેલ છિદ્ર એ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડના આંતરિક સ્તરમાં સ્થિત કનેક્શન છિદ્રનો સંદર્ભ આપે છે, જે સર્કિટ બોર્ડની સપાટી સુધી વિસ્તરતું નથી. ઉપરોક્ત બે પ્રકારના છિદ્રો સર્કિટ બોર્ડના આંતરિક સ્તરમાં સ્થિત છે, અને તે લેમિનેશન પહેલાં થ્રુ-હોલ રચના પ્રક્રિયા દ્વારા પૂર્ણ થાય છે, અને વાયાની રચના દરમિયાન કેટલાક આંતરિક સ્તરો ઓવરલેપ થઈ શકે છે. ત્રીજા પ્રકારને થ્રુ હોલ કહેવામાં આવે છે, જે સમગ્ર સર્કિટ બોર્ડમાં પ્રવેશ કરે છે અને તેનો ઉપયોગ આંતરિક ઇન્ટરકનેક્શન માટે અથવા ઘટક માઉન્ટિંગ પોઝિશનિંગ હોલ તરીકે થઈ શકે છે. કારણ કે પ્રક્રિયામાં થ્રુ હોલ અમલમાં મૂકવું સરળ છે અને ખર્ચ ઓછો છે, મોટાભાગના પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ અન્ય બે પ્રકારના વાયા છિદ્રોને બદલે તેનો ઉપયોગ કરે છે. છિદ્રો દ્વારા નીચેના, જ્યાં સુધી અન્યથા ઉલ્લેખિત ન હોય, તેને છિદ્રો દ્વારા ગણવામાં આવે છે.

ડિઝાઇનના દૃષ્ટિકોણથી, વાયા મુખ્યત્વે બે ભાગોથી બનેલું છે, એક મધ્યમાં ડ્રિલ છિદ્ર છે, અને બીજો ડ્રિલ છિદ્રની આસપાસનો પેડ વિસ્તાર છે. આ બે ભાગોનું કદ વાયાનું કદ નક્કી કરે છે. દેખીતી રીતે, હાઇ-સ્પીડ, હાઇ-ડેન્સિટી PCB ડિઝાઇનમાં, ડિઝાઇનર્સ હંમેશા આશા રાખે છે કે વાયા હોલ જેટલો નાનો હશે, તેટલો સારો છે, જેથી બોર્ડ પર વધુ વાયરિંગ જગ્યા છોડી શકાય. વધુમાં, વાયા છિદ્ર જેટલું નાનું, તેની પોતાની પરોપજીવી ક્ષમતા. તે જેટલું નાનું છે, તે હાઇ-સ્પીડ સર્કિટ માટે વધુ યોગ્ય છે. જો કે, છિદ્રના કદમાં ઘટાડો પણ ખર્ચમાં વધારો લાવે છે, અને વાયાનું કદ અનિશ્ચિત સમય માટે ઘટાડી શકાતું નથી. તે ડ્રિલિંગ અને પ્લેટિંગ જેવી પ્રક્રિયા તકનીકો દ્વારા પ્રતિબંધિત છે: છિદ્ર જેટલું નાનું, ડ્રીલ છિદ્ર જેટલો લાંબો સમય લે છે, તે કેન્દ્ર સ્થાનથી વિચલિત થવું સરળ છે; અને જ્યારે છિદ્રની ઊંડાઈ ડ્રિલ્ડ હોલના વ્યાસ કરતાં 6 ગણી વધી જાય છે, ત્યારે તેની ખાતરી આપી શકાતી નથી કે છિદ્રની દિવાલ એકસરખી રીતે તાંબાનો પ્લેટેડ કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય 6-લેયર PCB બોર્ડની જાડાઈ (છિદ્રની ઊંડાઈ દ્વારા) લગભગ 50Mil છે, તેથી PCB ઉત્પાદકો પ્રદાન કરી શકે તે ન્યૂનતમ ડ્રિલિંગ વ્યાસ માત્ર 8Mil સુધી પહોંચી શકે છે.

બીજું, વાયાની પરોપજીવી ક્ષમતા

વાયા પોતે જમીન પર પરોપજીવી ક્ષમતા ધરાવે છે. જો તે જાણીતું હોય કે વાયાના ગ્રાઉન્ડ લેયર પરના આઇસોલેશન હોલનો વ્યાસ D2 છે, વાયા પેડનો વ્યાસ D1 છે, PCB બોર્ડની જાડાઈ T છે અને બોર્ડ સબસ્ટ્રેટનો ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ ε છે, વાયાના પરોપજીવી કેપેસીટન્સનું કદ આશરે છે: C=1.41εTD1/(D2-D1) વાયાની પરોપજીવી કેપેસીટન્સ સર્કિટને સિગ્નલના ઉદય સમયને લંબાવશે અને સર્કિટની ઝડપને ઘટાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 50Mil ની જાડાઈ ધરાવતા PCB માટે, જો 10Mil ના આંતરિક વ્યાસ અને 20Mil ના પેડ વ્યાસ સાથેનો via નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને પેડ અને ગ્રાઉન્ડ કોપર એરિયા વચ્ચેનું અંતર 32Mil છે, તો પછી આપણે આશરે 1.41Mil ના વ્યાસવાળા પેડનો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ. ઉપરોક્ત સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને પરોપજીવી કેપેસીટન્સ આશરે છે: C=4.4×0.050×0.020×0.032/(0.020-0.517)=10pF, કેપેસીટન્સના આ ભાગને કારણે ઉદય સમયનો ફેરફાર છે: T90-2.2=0C(Z2 /2.2)=0.517 x55x(2/31.28)=XNUMXps. આ મૂલ્યો પરથી તે જોઈ શકાય છે કે સિંગલ વાયાના પરોપજીવી કેપેસિટીન્સને કારણે ઉદય વિલંબની અસર સ્પષ્ટ નથી, જો સ્તરો વચ્ચે સ્વિચ કરવા માટે ટ્રેસમાં વાયાનો ઘણી વખત ઉપયોગ કરવામાં આવે તો, ડિઝાઇનરે હજુ પણ ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. કાળજીપૂર્વક.

ત્રીજું, વાયાનું પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સ

એ જ રીતે, વિઆસની પરોપજીવી કેપેસીટન્સ સાથે પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સ પણ છે. હાઇ-સ્પીડ ડિજિટલ સર્કિટ્સની ડિઝાઇનમાં, વિઆસના પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સને કારણે થતી હાનિ પરોપજીવી કેપેસિટેન્સની અસર કરતાં ઘણી વખત વધારે હોય છે. તેના પરોપજીવી શ્રેણીના ઇન્ડક્ટન્સ બાયપાસ કેપેસિટરના યોગદાનને નબળું પાડશે અને સમગ્ર પાવર સિસ્ટમની ફિલ્ટરિંગ અસરને નબળી પાડશે. અમે નીચે આપેલા સૂત્ર સાથે વાયાના અંદાજિત પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સની ગણતરી કરી શકીએ છીએ: L=5.08h[ln(4h/d)+1] જ્યાં L એ વાયાના ઇન્ડક્ટન્સનો સંદર્ભ આપે છે, h એ વાયાની લંબાઈ છે અને d કેન્દ્ર છે છિદ્રનો વ્યાસ. તે સૂત્ર પરથી જોઈ શકાય છે કે વાયાનો વ્યાસ ઇન્ડક્ટન્સ પર થોડો પ્રભાવ ધરાવે છે, અને વાયાની લંબાઈ ઇન્ડક્ટન્સ પર સૌથી વધુ પ્રભાવ ધરાવે છે. હજુ પણ ઉપરના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને, વાયાના ઇન્ડક્ટન્સની ગણતરી આ રીતે કરી શકાય છે: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. જો સિગ્નલનો ઉદય સમય 1ns છે, તો તેની સમકક્ષ અવબાધ છે: XL=πL/T10-90=3.19Ω. જ્યારે ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહો પસાર થાય છે ત્યારે આવા અવરોધને અવગણી શકાય નહીં. એ હકીકત પર ખાસ ધ્યાન આપવું જોઈએ કે પાવર પ્લેન અને ગ્રાઉન્ડ પ્લેનને જોડતી વખતે બાયપાસ કેપેસિટરને બે વાયામાંથી પસાર થવાની જરૂર છે, જેથી વિઆસનું પરોપજીવી ઇન્ડક્ટન્સ ઝડપથી વધશે.

ચોથું, હાઇ-સ્પીડ પીસીબીમાં ડિઝાઇન દ્વારા

વિઆસની પરોપજીવી લાક્ષણિકતાઓના ઉપરોક્ત વિશ્લેષણ દ્વારા, આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે હાઇ-સ્પીડ PCB ડિઝાઇનમાં, મોટે ભાગે સરળ વિઆસ સર્કિટ ડિઝાઇનમાં ઘણી નકારાત્મક અસરો લાવે છે. વિઆસની પરોપજીવી અસરોને કારણે થતી પ્રતિકૂળ અસરોને ઘટાડવા માટે, ડિઝાઇનમાં નીચેની બાબતો કરી શકાય છે:

1. કિંમત અને સિગ્નલ ગુણવત્તાના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, મારફતે વાજબી કદ પસંદ કરો. ઉદાહરણ તરીકે, 6-10 લેયર મેમરી મોડ્યુલ PCB ડિઝાઇન માટે, 10/20Mil (ડ્રિલ્ડ/પેડ) વાયાનો ઉપયોગ કરવો વધુ સારું છે. કેટલાક ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા નાના-કદના બોર્ડ માટે, તમે 8/18Mil નો ઉપયોગ કરવાનો પણ પ્રયાસ કરી શકો છો. છિદ્ર વર્તમાન તકનીકી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, નાના માર્ગોનો ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ છે. પાવર અથવા ગ્રાઉન્ડ વાયા માટે, તમે અવરોધ ઘટાડવા માટે મોટા કદનો ઉપયોગ કરવાનું વિચારી શકો છો.

2. ઉપર ચર્ચા કરાયેલા બે સૂત્રો પરથી નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે પાતળા PCBનો ઉપયોગ વાયાના બે પરોપજીવી પરિમાણોને ઘટાડવા માટે અનુકૂળ છે.

3. PCB બોર્ડ પર સિગ્નલ ટ્રેસના સ્તરો ન બદલવાનો પ્રયાસ કરો, એટલે કે, બિનજરૂરી વાયાનો ઉપયોગ ન કરવાનો પ્રયાસ કરો.

4. પાવર અને ગ્રાઉન્ડ પિન નજીકમાં ડ્રિલ કરવા જોઈએ, અને વાયા અને પિન વચ્ચેની લીડ શક્ય તેટલી ટૂંકી હોવી જોઈએ, કારણ કે તે ઇન્ડક્ટન્સ વધારશે. તે જ સમયે, અવબાધ ઘટાડવા માટે પાવર અને ગ્રાઉન્ડ લીડ્સ શક્ય તેટલા જાડા હોવા જોઈએ.

5. સિગ્નલ માટે સૌથી નજીકનો લૂપ પૂરો પાડવા માટે સિગ્નલ લેયરના વાયા પાસે કેટલાક ગ્રાઉન્ડેડ વાયા મૂકો. PCB બોર્ડ પર મોટી સંખ્યામાં રીડન્ડન્ટ ગ્રાઉન્ડ વિઆસ મૂકવાનું પણ શક્ય છે. અલબત્ત, ડિઝાઇન લવચીક હોવી જરૂરી છે. અગાઉ ચર્ચા કરેલ વાયા મોડલ એ કેસ છે જ્યાં દરેક સ્તર પર પેડ્સ હોય છે. કેટલીકવાર, અમે કેટલાક સ્તરોના પેડને ઘટાડી અથવા તો દૂર કરી શકીએ છીએ. ખાસ કરીને જ્યારે વિઆસની ઘનતા ખૂબ ઊંચી હોય, ત્યારે તે બ્રેક ગ્રુવની રચના તરફ દોરી શકે છે જે કોપર લેયરમાં લૂપને અલગ કરે છે. આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, વાયાની સ્થિતિને ખસેડવા ઉપરાંત, અમે કોપર લેયર પર વાયા મૂકવાનું પણ વિચારી શકીએ છીએ. પેડનું કદ ઓછું થાય છે.