In HDI PCB במהירות גבוהה design, via design is an important factor. It consists of a hole, a pad area around the hole, and an isolation area of ​​the POWER layer, which are usually divided into three types: blind holes, buried holes and through holes. In the PCB design process, through the analysis of the parasitic capacitance and parasitic inductance of the vias, some precautions in the design of high-speed PCB vias are summarized.

At present, high-speed PCB design is widely used in communications, computers, graphics and image processing and other fields. All high-tech value-added electronic product designs are pursuing features such as low power consumption, low electromagnetic radiation, high reliability, miniaturization, and light weight. In order to achieve the above goals, via design is an important factor in high-speed PCB design.

1. דרך
Via is an important factor in multi-layer PCB design. A via is mainly composed of three parts, one is the hole; the other is the pad area around the hole; and the third is the isolation area of ​​the POWER layer. The process of the via hole is to plate a layer of metal on the cylindrical surface of the hole wall of the via hole by chemical deposition to connect the copper foil that needs to be connected to the middle layers, and the upper and lower sides of the via hole are made into ordinary pads The shape can be directly connected with the lines on the upper and lower sides, or not connected. Vias can play the role of electrical connection, fixing or positioning devices.

דרך מחולקים בדרך כלל לשלוש קטגוריות: חורים עיוורים, חורים קבורים וחורים דרך.

חורים עיוורים ממוקמים על המשטח העליון והתחתון של המעגל המודפס ויש להם עומק מסוים. הם משמשים לחיבור קו השטח והקו הפנימי הבסיסי. עומק החור וקוטר החור בדרך כלל אינם עולים על יחס מסוים.

חור קבור מתייחס לחור החיבור הממוקם בשכבה הפנימית של המעגל המודפס, שאינו משתרע אל פני השטח של המעגל.

צינורות עיוורים ומעברים קבורים נמצאים שניהם בשכבה הפנימית של לוח המעגלים, אשר הושלם על ידי תהליך יצירת חורים דרך לפני הלמינציה, ומספר שכבות פנימיות עשויות להיות חופפות במהלך היווצרות צינורות.

חורים דרך, העוברים דרך כל לוח המעגלים, יכולים לשמש לחיבור פנימי או כחור מיקום התקנת רכיב. מכיוון שקל יותר ליישם חורים מבעד בתהליך ועלות נמוכה יותר, בדרך כלל משתמשים במעגלים מודפסים בחורים דרך.

2. קיבול טפילי של ויאס
לדרך עצמה יש קיבול טפילי לאדמה. אם הקוטר של חור הבידוד בשכבת הקרקע של ה-via הוא D2, קוטר משטח ה-via הוא D1, עובי ה-PCB הוא T, והקבוע הדיאלקטרי של מצע הלוח הוא ε, אז הקיבול הטפילי של ה-via דומה ל:

C =1.41εTD1/(D2-D1)

The main effect of the parasitic capacitance of the via hole on the circuit is to extend the rise time of the signal and reduce the speed of the circuit. The smaller the capacitance value, the smaller the effect.

3. Parasitic inductance of vias
לדרך עצמה יש השראות טפילית. בתכנון של מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה, הנזק הנגרם מההשראות הטפילית של ה-via הוא לרוב גדול מהשפעת הקיבול הטפילי. השראות הטפילית של ה-via תחליש את תפקוד הקבל המעקף ותחליש את אפקט הסינון של מערכת החשמל כולה. אם L מתייחס להשראה של ה-via, h הוא אורך ה-via, ו-d הוא קוטר החור המרכזי, השראות הטפילית של ה-via דומה ל:

L=5.08h［ln(4h/d) 1］

It can be seen from the formula that the diameter of the via has a small influence on the inductance, and the length of the via has the greatest influence on the inductance.

4. Non-through via technology
Non-through vias include blind vias and buried vias.

בטכנולוגיית ה-Non-through, היישום של vias עיוורים ו-vias קבורים יכול להפחית מאוד את גודל ואיכות ה-PCB, להפחית את מספר השכבות, לשפר תאימות אלקטרומגנטית, להגדיל את המאפיינים של מוצרים אלקטרוניים, להפחית עלויות, וגם לעשות העיצוב עובד יותר פשוט ומהיר. בתכנון ועיבוד PCB מסורתיים, חורים דרך יכולים להביא לבעיות רבות. ראשית, הם תופסים כמות גדולה של שטח יעיל, ושנית, מספר רב של חורים דרך ארוזים בצפיפות במקום אחד, מה שיוצר גם מכשול עצום לחיווט השכבה הפנימית של ה-PCB הרב-שכבתי. חורים דרך אלה תופסים את המקום הנדרש לחיווט, והם עוברים באינטנסיביות דרך ספק הכוח והאדמה. פני השטח של שכבת החוט גם יהרוס את מאפייני העכבה של שכבת חוט הארקת החשמל ויהפוך את שכבת חוט ההארקה ללא יעילה. והשיטה המכנית הקונבנציונלית של קידוח תהיה פי 20 מעומס העבודה של טכנולוגיית חורים לא דרך.

בתכנון PCB, למרות שגודלם של רפידות ומעברים ירד בהדרגה, אם עובי שכבת הלוח אינו מופחת באופן פרופורציונלי, יחס הרוחב-גובה של החור העובר יגדל, והגדלת יחס הגובה-רוחב של החור העובר תקטן. האמינות. עם הבשלות של טכנולוגיית קידוח לייזר מתקדמת וטכנולוגיית תחריט יבש בפלזמה, ניתן ליישם חורים עיוורים קטנים שאינם חודרים וחורים קבורים קטנים. אם הקוטר של הצינורות הלא-חודרים הללו הוא 0.3 מ”מ, הפרמטרים הטפיליים יהיו בערך 1/10 מהחור הקונבנציונלי המקורי, מה שמשפר את האמינות של ה-PCB.

בשל טכנולוגיית ה-Via הלא-דרך, יש מעט חיבורים גדולים על ה-PCB, שיכולים לספק יותר מקום לעקבות. ניתן להשתמש בשטח הנותר למטרות מיגון בשטח גדול כדי לשפר את ביצועי EMI/RFI. יחד עם זאת, ניתן לנצל יותר מקום שנותר גם לשכבה הפנימית להגנה חלקית על המכשיר וכבלי הרשת המרכזיים, כך שתהיה לו את הביצועים החשמליים הטובים ביותר. השימוש ב-vias שאינם דרך מקל על איוורור פיני המכשיר, ומקל על ניתוב התקני פינים בצפיפות גבוהה (כגון התקנים ארוזים BGA), מקצר את אורך החיווט ועמידה בדרישות התזמון של מעגלים מהירים. .

5. Via selection in ordinary PCB
בתכנון PCB רגיל, הקיבול הטפילי וההשראות הטפילית של ה-via משפיעים מעט על עיצוב ה-PCB. עבור עיצוב PCB של 1-4 שכבות, 0.36 מ”מ/0.61 מ”מ/1.02 מ”מ (בדרך כלל נבחר חור קדח/רפידה/אזור בידוד POWER) ) Vias טובים יותר. עבור קווי אות עם דרישות מיוחדות (כגון קווי חשמל, קווי הארקה, קווי שעון וכו’), ניתן להשתמש בחיבורים של 0.41 מ”מ/0.81 מ”מ/ 1.32 מ”מ, או לבחור צינורות בגדלים אחרים בהתאם למצב בפועל.

6. דרך עיצוב ב-PCB מהיר
Through the above analysis of the parasitic characteristics of vias, we can see that in high-speed PCB design, seemingly simple vias often bring great negative effects to the circuit design. In order to reduce the adverse effects caused by the parasitic effects of the vias, the following can be done in the design:

(1) בחר גודל דרך סביר. עבור עיצוב PCB בעל צפיפות כללית רב-שכבתית, עדיף להשתמש בחיבורים של 0.25 מ”מ/0.51 מ”מ/0.91 מ”מ (נקדוחים/רפידות/אזור בידוד POWER); עבור כמה PCBs בצפיפות גבוהה, ניתן להשתמש גם ב-0.20 מ”מ/0.46 מ”מ/0.86 מ”מ, אתה יכול גם לנסות דרך לא דרך; עבור חיבורי חשמל או הארקה, אתה יכול לשקול שימוש בגודל גדול יותר כדי להפחית את העכבה;

(2) ככל ששטח הבידוד POWER גדול יותר, כך טוב יותר, בהתחשב בצפיפות המעבר על ה-PCB, בדרך כלל D1=D2 0.41;

(3) Try not to change the layers of the signal traces on the PCB, which means to minimize vias;

(4) השימוש ב-PCB דק יותר תורם להפחתת שני הפרמטרים הטפילים של ה-via;

(5) יש לעשות את פיני הכוח והארקה דרך חורים בקרבת מקום. ככל שההובלה בין חור המעבר לפין קצר יותר, כך ייטב, מכיוון שהם יגדילו את השראות. יחד עם זאת, מובילי הכוח והארקה צריכים להיות עבים ככל האפשר כדי להפחית את העכבה;

(6) הנח כמה חיבורי הארקה ליד הצינורות של שכבת האות כדי לספק לולאה למרחק קצר עבור האות.

כמובן, יש לנתח סוגיות ספציפיות בפירוט בעת התכנון. בהתחשב בעלות ובאיכות האות באופן מקיף, בתכנון PCB מהיר, מעצבים תמיד מקווים שככל שחור המעבר קטן יותר, כך ייטב, כך שניתן יהיה להשאיר יותר שטח חיווט על הלוח. בנוסף, ככל שחור המעבר קטן יותר, משלו ככל שהקיבול הטפילי קטן יותר, כך מתאים יותר למעגלים מהירים. בתכנון PCB בצפיפות גבוהה, השימוש בוויסים שאינם עוברים והקטנת גודלם של ויאסים הביאו גם הם לעלייה בעלות, ולא ניתן להקטין את גודלם של דרך ללא הגבלת זמן. הוא מושפע מתהליכי הקידוח והציפוי של יצרני PCB. יש לתת את הדעת למגבלות טכניות בתכנון דרך של PCB מהירים.