ერთი. Vias-ის ძირითადი კონცეფცია

Via არის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი კომპონენტი მრავალ ფენის PCBდა ბურღვის ღირებულება ჩვეულებრივ შეადგენს PCB წარმოების ღირებულების 30%-დან 40%-მდე. მარტივად რომ ვთქვათ, PCB-ზე ყველა ხვრელს შეიძლება ეწოდოს via.

ფუნქციის თვალსაზრისით, ვიები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: ერთი გამოიყენება ფენებს შორის ელექტრული შეერთებისთვის; მეორე გამოიყენება მოწყობილობების დასამაგრებლად ან პოზიციონირებისთვის.

პროცესის თვალსაზრისით, ეს ვიზები ზოგადად იყოფა სამ კატეგორიად, კერძოდ, ბრმა ვიზებად, დამარხულ ვიზებად და ვიზებით. ბრმა ხვრელები განლაგებულია ბეჭდური მიკროსქემის დაფის ზედა და ქვედა ზედაპირებზე და აქვთ გარკვეული სიღრმე. ისინი გამოიყენება ზედაპირის ხაზისა და ძირეული შიდა ხაზის დასაკავშირებლად. ხვრელის სიღრმე ჩვეულებრივ არ აღემატება გარკვეულ თანაფარდობას (დიაფრაგმა). ჩამარხული ხვრელი ეხება შეერთების ხვრელს, რომელიც მდებარეობს ბეჭდური მიკროსქემის დაფის შიდა ფენაში, რომელიც არ ვრცელდება მიკროსქემის დაფის ზედაპირზე. ზემოაღნიშნული ორი ტიპის ხვრელები განლაგებულია მიკროსქემის დაფის შიდა ფენაში და სრულდება ლამინირების წინ ხვრელის ფორმირების პროცესით, ხოლო ვიას ფორმირებისას შეიძლება გადაფაროს რამდენიმე შიდა ფენა. მესამე ტიპს ეწოდება გამავალი ხვრელი, რომელიც შეაღწევს მთელ მიკროსქემის დაფას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას შიდა ურთიერთდაკავშირებისთვის ან როგორც კომპონენტის სამონტაჟო პოზიციონირების ხვრელი. იმის გამო, რომ გამჭოლი ხვრელი უფრო ადვილია დანერგვა პროცესში და ღირებულება უფრო დაბალია, ბეჭდური მიკროსქემის დაფების უმეტესობა მას იყენებს სხვა ორი ტიპის ხვრელების ნაცვლად. შემდეგი ხვრელების გავლით, თუ სხვა რამ არ არის მითითებული, განიხილება, როგორც ნახვრეტები.

დიზაინის თვალსაზრისით, ვია ძირითადად შედგება ორი ნაწილისგან, ერთი არის საბურღი ხვრელი შუაში, ხოლო მეორე არის საბურღი ხვრელის გარშემო არსებული ბალიშის არე. ამ ორი ნაწილის ზომა განსაზღვრავს ვიას ზომას. ცხადია, მაღალი სიჩქარის, მაღალი სიმკვრივის PCB დიზაინში, დიზაინერებს ყოველთვის იმედი აქვთ, რომ რაც უფრო პატარაა ნახვრეტი, მით უკეთესი, რათა დაფაზე მეტი ადგილი დარჩეს გაყვანილობისთვის. გარდა ამისა, რაც უფრო მცირეა ხვრელი, მისი პარაზიტული ტევადობა. რაც უფრო პატარაა, მით უფრო შესაფერისია მაღალსიჩქარიანი სქემებისთვის. თუმცა, ხვრელის ზომის შემცირება ასევე იწვევს ღირებულების ზრდას და ვიას ზომა განუსაზღვრელი ვადით არ შეიძლება შემცირდეს. იგი შეზღუდულია პროცესის ტექნოლოგიებით, როგორიცაა ბურღვა და მოპირკეთება: რაც უფრო პატარაა ხვრელი, ბურღვა. და როდესაც ხვრელის სიღრმე 6-ჯერ აღემატება გაბურღული ხვრელის დიამეტრს, არ არის გარანტირებული, რომ ხვრელის კედელი შეიძლება იყოს სპილენძით ერთნაირად მოოქროვილი. მაგალითად, ჩვეულებრივი 6-ფენიანი PCB დაფის სისქე (ხვრელის სიღრმეში) არის დაახლოებით 50 მილი, ამიტომ ბურღვის მინიმალური დიამეტრი, რომელსაც PCB მწარმოებლები უზრუნველყოფენ, შეიძლება მხოლოდ 8 მილ-ს მიაღწიოს.

მეორე, ვიას პარაზიტული ტევადობა

თავად ვიას აქვს პარაზიტული ტევადობა მიწასთან. თუ ცნობილია, რომ საიზოლაციო ხვრელის დიამეტრი ვია-ს გრუნტის ფენაზე არის D2, სავალი ნაწილის დიამეტრი არის D1, PCB დაფის სისქე არის T და დაფის სუბსტრატის დიელექტრიკული მუდმივია ε, ვია-ს პარაზიტული ტევადობის ზომა არის დაახლოებით: C=1.41εTD1/(D2-D1) ვიას პარაზიტული ტევადობა გამოიწვევს წრედის გახანგრძლივებას სიგნალის აწევის დროისა და მიკროსქემის სიჩქარის შემცირებას. მაგალითად, PCB-სთვის, რომლის სისქეა 50 მილი, თუ გამოყენებულია ვია 10 მილი შიდა დიამეტრით და ბალიშის დიამეტრი 20 მილი, და მანძილი ბალიშსა და დაფქვილ სპილენძის არეალს შორის არის 32 მილი, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია მივახლოებით ვია. ზემოაღნიშნული ფორმულის გამოყენებით პარაზიტული ტევადობა არის უხეშად: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, სიმძლავრის ამ ნაწილით გამოწვეული აწევის დროის ცვლილება არის: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28 ps. ამ მნიშვნელობებიდან ჩანს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ აწევის დაყოვნების ეფექტი, რომელიც გამოწვეულია ერთჯერადი ვიას პარაზიტული ტევადობით, აშკარა არ არის, თუ via მრავალჯერ გამოიყენება კვალში ფენებს შორის გადართვისთვის, დიზაინერმა მაინც უნდა გაითვალისწინოს ფრთხილად.

მესამე, პარაზიტული ინდუქციურობა via

ანალოგიურად, არის პარაზიტული ინდუქციები ვიზების პარაზიტულ ტევადობასთან ერთად. მაღალსიჩქარიანი ციფრული სქემების დიზაინში, ვიზების პარაზიტული ინდუქციით გამოწვეული ზიანი ხშირად უფრო მეტია, ვიდრე პარაზიტული ტევადობის გავლენა. მისი პარაზიტული სერიის ინდუქციურობა შეასუსტებს შემოვლითი კონდენსატორის წვლილს და შეასუსტებს მთელი ენერგეტიკული სისტემის ფილტრაციის ეფექტს. ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ გამოვთვალოთ a-ს მიახლოებითი პარაზიტული ინდუქციურობა შემდეგი ფორმულით: L=5.08h[ln(4h/d)+1] სადაც L აღნიშნავს via-ს ინდუქციურობას, h არის via-ს სიგრძე და d. არის ცენტრი ხვრელის დიამეტრი. ფორმულიდან ჩანს, რომ ვიას დიამეტრი მცირე გავლენას ახდენს ინდუქციურობაზე, ხოლო ვიას სიგრძე ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს ინდუქციურობაზე. მიუხედავად ამისა, ზემოთ მოყვანილი მაგალითის გამოყენებით, via-ს ინდუქციურობა შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. თუ სიგნალის აწევის დრო არის 1წმ, მაშინ მისი ეკვივალენტური წინაღობაა: XL=πL/T10-90=3.19Ω. ასეთი წინაღობა აღარ შეიძლება იგნორირებული იყოს მაღალი სიხშირის დენების გავლისას. განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს იმ ფაქტს, რომ შემოვლითი კონდენსატორმა უნდა გაიაროს ორი გზა ელექტრო სიბრტყისა და გრუნტის სიბრტყის შეერთებისას, რათა ვიზების პარაზიტული ინდუქციურობა ექსპონენტურად გაიზარდოს.

მეოთხე, დიზაინის მეშვეობით მაღალსიჩქარიანი PCB-ში

Vias-ის პარაზიტული მახასიათებლების ზემოაღნიშნული ანალიზის საშუალებით, ჩვენ ვხედავთ, რომ მაღალსიჩქარიანი PCB დიზაინში, ერთი შეხედვით მარტივი ვიზები ხშირად დიდ უარყოფით გავლენას ახდენს მიკროსქემის დიზაინზე. ვიზების პარაზიტული ეფექტებით გამოწვეული არასასურველი ეფექტების შესამცირებლად, დიზაინში შეიძლება გაკეთდეს შემდეგი:

1. ღირებულებისა და სიგნალის ხარისხის პერსპექტივიდან, აირჩიეთ გონივრული ზომა მეშვეობით. მაგალითად, 6-10 ფენიანი მეხსიერების მოდულის PCB დიზაინისთვის, უმჯობესია გამოიყენოთ 10/20Mil (გაბურღული/ბალიშები). ზოგიერთი მაღალი სიმკვრივის მცირე ზომის დაფისთვის, ასევე შეგიძლიათ სცადოთ გამოიყენოთ 8/18Mil. ხვრელი. ამჟამინდელი ტექნიკური პირობებით, ძნელია გამოიყენო უფრო მცირე ვიზები. სიმძლავრის ან დამიწების ხაზებისთვის, შეგიძლიათ გაითვალისწინოთ უფრო დიდი ზომის გამოყენება წინაღობის შესამცირებლად.

2. ზემოთ განხილული ორი ფორმულიდან შეიძლება დავასკვნათ, რომ უფრო თხელი PCB-ის გამოყენება ხელს უწყობს ვია-ს ორი პარაზიტული პარამეტრის შემცირებას.

3. ეცადეთ არ შეცვალოთ სიგნალის კვალის შრეები PCB დაფაზე, ანუ ეცადეთ არ გამოიყენოთ არასაჭირო ვიზები.

4. ძაბვისა და დამიწების ქინძისთავები უნდა იყოს გაბურღული იქვე, ხოლო მილსადენი ვიას და პინს შორის უნდა იყოს რაც შეიძლება მოკლე, რადგან ისინი გაზრდის ინდუქციურობას. ამავდროულად, დენის და დამიწების მილები უნდა იყოს რაც შეიძლება სქელი წინაღობის შესამცირებლად.

5. მოათავსეთ რამდენიმე დასაბუთებული ვიზა სიგნალის შრის ვიზების მახლობლად, რათა უზრუნველყოთ სიგნალის უახლოესი მარყუჟი. შესაძლებელია PCB დაფაზე დიდი რაოდენობის ზედმეტი დამიწების ვიზების განთავსებაც კი. რა თქმა უნდა, დიზაინი უნდა იყოს მოქნილი. ადრე განხილული via მოდელი არის შემთხვევა, როდესაც თითოეულ ფენაზე არის ბალიშები. ზოგჯერ, ჩვენ შეგვიძლია შევამციროთ ან თუნდაც მოვხსნათ ზოგიერთი ფენის ბალიშები. განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ვიზების სიმკვრივე ძალიან მაღალია, ამან შეიძლება გამოიწვიოს გატეხვის ღარის წარმოქმნა, რომელიც გამოყოფს მარყუჟს სპილენძის ფენაში. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ვიას პოზიციის გადაადგილების გარდა, შეგვიძლია განვიხილოთ ვიას სპილენძის ფენაზე განთავსებაც. ბალიშის ზომა მცირდება.