एक। vias . की मूल अवधारणा

वाया के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है बहुपरत पीसीबी, और ड्रिलिंग की लागत आमतौर पर पीसीबी निर्माण लागत का 30% से 40% तक होती है। सीधे शब्दों में कहें तो पीसीबी के हर छेद को वाया कहा जा सकता है।

फ़ंक्शन के दृष्टिकोण से, विअस को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: एक का उपयोग परतों के बीच विद्युत कनेक्शन के लिए किया जाता है; दूसरे का उपयोग उपकरणों को ठीक करने या पोजिशन करने के लिए किया जाता है।

प्रक्रिया के संदर्भ में, इन वायस को आम तौर पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया जाता है, अर्थात् ब्लाइंड वायस, दफन वायस और थ्रू वायस। ब्लाइंड होल प्रिंटेड सर्किट बोर्ड की ऊपरी और निचली सतहों पर स्थित होते हैं और इनकी एक निश्चित गहराई होती है। उनका उपयोग सतह रेखा और अंतर्निहित आंतरिक रेखा को जोड़ने के लिए किया जाता है। छेद की गहराई आमतौर पर एक निश्चित अनुपात (एपर्चर) से अधिक नहीं होती है। दफन छेद मुद्रित सर्किट बोर्ड की आंतरिक परत में स्थित कनेक्शन छेद को संदर्भित करता है, जो सर्किट बोर्ड की सतह तक नहीं फैलता है। उपर्युक्त दो प्रकार के छेद सर्किट बोर्ड की आंतरिक परत में स्थित होते हैं, और लेमिनेशन से पहले एक थ्रू-होल बनाने की प्रक्रिया द्वारा पूरा किया जाता है, और कई आंतरिक परतों को वाया के गठन के दौरान ओवरलैप किया जा सकता है। तीसरे प्रकार को थ्रू होल कहा जाता है, जो पूरे सर्किट बोर्ड में प्रवेश करता है और इसका उपयोग आंतरिक इंटरकनेक्शन के लिए या एक घटक माउंटिंग पोजिशनिंग होल के रूप में किया जा सकता है। चूंकि थ्रू होल प्रक्रिया में लागू करना आसान है और लागत कम है, अधिकांश मुद्रित सर्किट बोर्ड अन्य दो प्रकार के छेद के बजाय इसका उपयोग करते हैं। छेद के माध्यम से निम्नलिखित, जब तक कि अन्यथा निर्दिष्ट न हो, छिद्रों के माध्यम से माना जाता है।

एक डिजाइन के दृष्टिकोण से, एक थ्रू मुख्य रूप से दो भागों से बना होता है, एक बीच में ड्रिल होल होता है, और दूसरा ड्रिल होल के चारों ओर पैड क्षेत्र होता है। इन दो भागों का आकार वाया का आकार निर्धारित करता है। जाहिर है, हाई-स्पीड, हाई-डेंसिटी पीसीबी डिज़ाइन में, डिज़ाइनर हमेशा उम्मीद करते हैं कि थ्रू होल जितना छोटा होगा, उतना ही बेहतर होगा, ताकि बोर्ड पर अधिक वायरिंग स्पेस छोड़ा जा सके। इसके अलावा, छेद के माध्यम से छोटा, स्वयं की परजीवी समाई। यह जितना छोटा होता है, हाई-स्पीड सर्किट के लिए उतना ही उपयुक्त होता है। हालाँकि, छेद के आकार में कमी से लागत में भी वृद्धि होती है, और वाया के आकार को अनिश्चित काल तक कम नहीं किया जा सकता है। यह ड्रिलिंग और प्लेटिंग जैसी प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों द्वारा प्रतिबंधित है: छेद जितना छोटा होगा, ड्रिल छेद जितना लंबा होगा, केंद्र की स्थिति से विचलित होना उतना ही आसान होगा; और जब छेद की गहराई ड्रिल किए गए छेद के व्यास के 6 गुना से अधिक हो जाती है, तो यह गारंटी नहीं दी जा सकती है कि छेद की दीवार को तांबे के साथ समान रूप से चढ़ाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक सामान्य 6-लेयर PCB बोर्ड की मोटाई (छेद की गहराई के माध्यम से) लगभग 50Mil है, इसलिए न्यूनतम ड्रिलिंग व्यास जो PCB निर्माता प्रदान कर सकते हैं वह केवल 8Mil तक पहुंच सकता है।

दूसरा, के माध्यम से परजीवी समाई

अपने आप में जमीन के लिए एक परजीवी समाई है। यदि यह ज्ञात है कि वाया की जमीनी परत पर आइसोलेशन होल का व्यास D2 है, तो वाया पैड का व्यास D1 है, PCB बोर्ड की मोटाई T है, और बोर्ड सब्सट्रेट का ढांकता हुआ स्थिरांक है, के माध्यम से परजीवी समाई का आकार लगभग है: C=1.41εTD1/(D2-D1) के माध्यम से परजीवी समाई के कारण सर्किट सिग्नल के उदय समय को लम्बा खींच देगा और सर्किट की गति को कम कर देगा। उदाहरण के लिए, 50Mil की मोटाई वाले PCB के लिए, यदि 10Mil के आंतरिक व्यास और 20Mil के पैड व्यास के साथ एक थ्रू का उपयोग किया जाता है, और पैड और ग्राउंड कॉपर क्षेत्र के बीच की दूरी 32Mil है, तो हम थ्रू का अनुमान लगा सकते हैं उपरोक्त सूत्र का उपयोग करते हुए परजीवी समाई मोटे तौर पर है: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, समाई के इस भाग के कारण वृद्धि समय परिवर्तन है: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps। इन मूल्यों से यह देखा जा सकता है कि हालांकि एक के माध्यम से परजीवी समाई के कारण वृद्धि में देरी का प्रभाव स्पष्ट नहीं है, अगर परतों के बीच स्विच करने के लिए ट्रेस में कई बार थ्रू का उपयोग किया जाता है, तो डिजाइनर को अभी भी विचार करना चाहिए सावधानी से।

तीसरा, के माध्यम से परजीवी अधिष्ठापन

इसी तरह, वायस के परजीवी समाई के साथ-साथ परजीवी प्रेरण भी होते हैं। हाई-स्पीड डिजिटल सर्किट के डिजाइन में, वायएएस के परजीवी अधिष्ठापन के कारण होने वाला नुकसान अक्सर परजीवी समाई के प्रभाव से अधिक होता है। इसकी परजीवी श्रृंखला अधिष्ठापन बाईपास संधारित्र के योगदान को कमजोर करेगा और पूरे बिजली व्यवस्था के फ़िल्टरिंग प्रभाव को कमजोर करेगा। हम निम्न सूत्र के साथ एक के माध्यम से अनुमानित परजीवी अधिष्ठापन की गणना कर सकते हैं: एल = 5.08 एच [एलएन (4 एच / डी) +1] जहां एल वाया के अधिष्ठापन को संदर्भित करता है, एच वाया की लंबाई है, और डी केंद्र है छेद का व्यास। यह सूत्र से देखा जा सकता है कि वाया के व्यास का अधिष्ठापन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, और वाया की लंबाई का अधिष्ठापन पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है। अभी भी उपरोक्त उदाहरण का उपयोग करते हुए, वाया के अधिष्ठापन की गणना इस प्रकार की जा सकती है: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH। यदि सिग्नल का उदय समय 1ns है, तो इसका समतुल्य प्रतिबाधा है: XL=πL/T10-90=3.19Ω। जब उच्च आवृत्ति धाराएं गुजरती हैं तो इस तरह के प्रतिबाधा को अब नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। इस तथ्य पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए कि बायपास कैपेसिटर को पावर प्लेन और ग्राउंड प्लेन को जोड़ते समय दो विअस से गुजरना पड़ता है, ताकि वायस का पैरासिटिक इंडक्शन तेजी से बढ़े।

चौथा, उच्च गति पीसीबी में डिजाइन के माध्यम से

वायस की परजीवी विशेषताओं के उपरोक्त विश्लेषण के माध्यम से, हम देख सकते हैं कि हाई-स्पीड पीसीबी डिज़ाइन में, प्रतीत होता है कि साधारण वायस अक्सर सर्किट डिज़ाइन पर बहुत नकारात्मक प्रभाव डालते हैं। वायस के परजीवी प्रभावों के कारण होने वाले प्रतिकूल प्रभावों को कम करने के लिए, डिजाइन में निम्नलिखित कार्य किए जा सकते हैं:

1. लागत और सिग्नल की गुणवत्ता के दृष्टिकोण से, के माध्यम से एक उचित आकार का चयन करें। उदाहरण के लिए, 6-10 लेयर मेमोरी मॉड्यूल PCB डिज़ाइन के लिए, 10/20Mil (ड्रिल्ड/पैड) वायस का उपयोग करना बेहतर है। कुछ उच्च घनत्व वाले छोटे आकार के बोर्डों के लिए, आप 8/18Mil का उपयोग करने का भी प्रयास कर सकते हैं। छेद। वर्तमान तकनीकी परिस्थितियों में, छोटे विअस का उपयोग करना कठिन है। पावर या ग्राउंड वायस के लिए, आप प्रतिबाधा को कम करने के लिए बड़े आकार का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं।

2. ऊपर चर्चा किए गए दो सूत्रों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि पतले पीसीबी का उपयोग वाया के दो परजीवी मापदंडों को कम करने के लिए अनुकूल है।

3. कोशिश करें कि पीसीबी बोर्ड पर सिग्नल के निशान की परतों को न बदलें, यानी कोशिश करें कि अनावश्यक वायस का उपयोग न करें।

4. पावर और ग्राउंड पिन को पास में ड्रिल किया जाना चाहिए, और वाया और पिन के बीच का लीड जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, क्योंकि वे इंडक्शन को बढ़ाएंगे। उसी समय, प्रतिबाधा को कम करने के लिए पावर और ग्राउंड लीड जितना संभव हो उतना मोटा होना चाहिए।

5. सिग्नल के लिए निकटतम लूप प्रदान करने के लिए सिग्नल लेयर के वायस के पास कुछ ग्राउंडेड वायस रखें। पीसीबी बोर्ड पर बड़ी संख्या में अनावश्यक ग्राउंड वायस रखना भी संभव है। बेशक, डिजाइन को लचीला होना चाहिए। पहले चर्चा किए गए मॉडल के माध्यम से वह मामला है जहां प्रत्येक परत पर पैड होते हैं। कभी-कभी, हम कुछ परतों के पैड को कम कर सकते हैं या हटा भी सकते हैं। विशेष रूप से जब वायस का घनत्व बहुत अधिक होता है, तो यह एक ब्रेक ग्रूव का निर्माण कर सकता है जो लूप को तांबे की परत में अलग करता है। इस समस्या को हल करने के लिए, हम वाया की स्थिति को स्थानांतरित करने के अलावा, तांबे की परत पर वाया रखने पर भी विचार कर सकते हैं। पैड का आकार छोटा हो जाता है।