Uno. Il concetto di base di vias

Via è uno dei componenti importanti di PCB multistrato, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo di produzione del PCB. In poche parole, ogni foro sul PCB può essere chiamato via.

Dal punto di vista funzionale, i via possono essere suddivisi in due categorie: uno è utilizzato per i collegamenti elettrici tra gli strati; l’altro serve per il fissaggio o il posizionamento di dispositivi.

In termini di processo, queste vie sono generalmente divise in tre categorie, vale a dire le vie cieche, le vie interrate e le vie passanti. I fori ciechi si trovano sulle superfici superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità. Sono utilizzati per collegare la linea di superficie e la linea interna sottostante. La profondità del foro di solito non supera un certo rapporto (apertura). Il foro interrato si riferisce al foro di connessione situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie del circuito. I suddetti due tipi di fori si trovano nello strato interno del circuito stampato, e sono completati da un processo di foratura passante prima della laminazione, e più strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione della via. Il terzo tipo è chiamato foro passante, che penetra nell’intero circuito stampato e può essere utilizzato per l’interconnessione interna o come foro di posizionamento per il montaggio dei componenti. Poiché il foro passante è più facile da implementare nel processo e il costo è inferiore, la maggior parte dei circuiti stampati lo utilizza al posto degli altri due tipi di fori passanti. I successivi fori di passaggio, se non diversamente specificato, sono considerati fori di passaggio.

Dal punto di vista del design, una via è composta principalmente da due parti, una è il foro al centro e l’altra è l’area del pad attorno al foro. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. Ovviamente, nella progettazione di PCB ad alta velocità e ad alta densità, i progettisti sperano sempre che più piccolo sia il foro di passaggio, meglio è, in modo da lasciare più spazio per il cablaggio sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro passante, la sua capacità parassita. Più è piccolo, più è adatto per circuiti ad alta velocità. Tuttavia, la riduzione della dimensione del foro comporta anche un aumento dei costi, e la dimensione della via non può essere ridotta all’infinito. È limitato da tecnologie di processo come la perforazione e la placcatura: più piccolo è il foro, più lungo è il foro, più facile è deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro praticato, non si può garantire che la parete del foro possa essere uniformemente placcata con rame. Ad esempio, lo spessore (profondità del foro passante) di una normale scheda PCB a 6 strati è di circa 50 Mil, quindi il diametro minimo di foratura che i produttori di PCB possono fornire può raggiungere solo 8 Mil.

In secondo luogo, la capacità parassita del via

La via stessa ha una capacità parassita verso terra. Se è noto che il diametro del foro di isolamento sullo strato di terra della via è D2, il diametro della piazzola della via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, la dimensione della capacità parassita della via è approssimativamente: C=1.41εTD1/(D2-D1) La capacità parassita della via farà sì che il circuito prolunghi il tempo di salita del segnale e riduca la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50 Mil, se viene utilizzato un via con un diametro interno di 10 Mil e un diametro del pad di 20 Mil e la distanza tra il pad e l’area di rame di terra è 32 Mil, allora possiamo approssimare il via usando la formula sopra La capacità parassita è approssimativamente: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/(0.032-0.020) = 0.517 pF, la variazione del tempo di salita causata da questa parte della capacità è: T10-90 = 2.2 C (Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Si può vedere da questi valori che sebbene l’effetto del ritardo di salita causato dalla capacità parassita di una singola via non sia ovvio, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare da uno strato all’altro, il progettista dovrebbe comunque considerare con attenzione.

Terzo, l’induttanza parassita della via

Allo stesso modo, ci sono induttanze parassite insieme alla capacità parassita delle vie. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dall’induttanza parassita delle vie è spesso maggiore dell’impatto della capacità parassita. La sua induttanza parassita in serie indebolirà il contributo del condensatore di bypass e indebolirà l’effetto di filtraggio dell’intero sistema di alimentazione. Possiamo semplicemente calcolare l’induttanza parassita approssimativa di una via con la seguente formula: L=5.08h[ln(4h/d)+1] dove L si riferisce all’induttanza della via, h è la lunghezza della via, e d è il centro Il diametro del foro. Dalla formula si può vedere che il diametro della via ha una piccola influenza sull’induttanza e la lunghezza della via ha la maggiore influenza sull’induttanza. Sempre utilizzando l’esempio precedente, l’induttanza della via può essere calcolata come: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Se il tempo di salita del segnale è 1ns, la sua impedenza equivalente è: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tale impedenza non può più essere ignorata al passaggio delle correnti ad alta frequenza. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore di bypass deve passare attraverso due vie quando si collega il piano di potenza e il piano di massa, in modo che l’induttanza parassita delle vie aumenti in modo esponenziale.

In quarto luogo, tramite il design in PCB ad alta velocità

Attraverso l’analisi di cui sopra delle caratteristiche parassite dei via, possiamo vedere che nella progettazione di PCB ad alta velocità, via apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti negativi causati dagli effetti parassiti delle vie, si può fare quanto segue nella progettazione:

1. Dal punto di vista del costo e della qualità del segnale, selezionare una dimensione ragionevole tramite. Ad esempio, per il design PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare via 10/20 Mil (forato/pad). Per alcune schede di piccole dimensioni ad alta densità, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. Foro. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare via più piccoli. Per i via di alimentazione o di massa, puoi prendere in considerazione l’utilizzo di una dimensione maggiore per ridurre l’impedenza.

2. Le due formule discusse sopra possono concludere che l’uso di un PCB più sottile è favorevole alla riduzione dei due parametri parassiti della via.

3. Cerca di non modificare gli strati delle tracce del segnale sulla scheda PCB, vale a dire, cerca di non utilizzare via non necessari.

4. I pin di alimentazione e di massa devono essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il pin deve essere il più corto possibile, poiché aumenteranno l’induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di alimentazione e di massa dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l’impedenza.

5. Posizionare alcuni via con messa a terra vicino ai via del livello del segnale per fornire il loop più vicino per il segnale. È anche possibile posizionare un gran numero di via di massa ridondanti sulla scheda PCB. Naturalmente, il design deve essere flessibile. Il modello via discusso in precedenza è il caso in cui ci sono pad su ogni livello. A volte, possiamo ridurre o addirittura rimuovere i cuscinetti di alcuni strati. Soprattutto quando la densità dei vias è molto elevata, può portare alla formazione di un solco di rottura che separa l’anello nello strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione della via, possiamo anche considerare di posizionare la via sullo strato di rame. La dimensione del pad è ridotta.