მეშვეობით ხვრელი (VIA) არის მნიშვნელოვანი ნაწილი მრავალ ფენის PCBდა საბურღი ხვრელების ღირებულება ჩვეულებრივ შეადგენს PCB დაფის დამზადების ღირებულების 30% -დან 40% -მდე. მარტივად რომ ვთქვათ, PCB– ის ყველა ხვრელს შეიძლება ეწოდოს გამავალი ხვრელი. ფუნქციის თვალსაზრისით, ხვრელი შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: ერთი გამოიყენება ფენებს შორის ელექტრული კავშირისთვის; მეორე გამოიყენება მოწყობილობის ფიქსაციისთვის ან პოზიციონირებისთვის.

პროცესის თვალსაზრისით, ეს ხვრელები ზოგადად იყოფა სამ კატეგორიად, კერძოდ ბრმა გავლით, დაკრძალული გავლით და გავლით. უსინათლო ხვრელები განლაგებულია დაბეჭდილი მიკროსქემის ზედა და ქვედა ზედაპირებზე და აქვს გარკვეული სიღრმე ზედაპირის წრედის დასაკავშირებლად შიდა სქემასთან ქვემოთ. ხვრელების სიღრმე ჩვეულებრივ არ აღემატება გარკვეულ თანაფარდობას (დიაფრაგმა). დამარხული ხვრელები არის დაბეჭდილი მიკროსქემის შიდა ფენის დამაკავშირებელი ხვრელები, რომლებიც არ ვრცელდება დაბეჭდილი მიკროსქემის ზედაპირზე. ორი სახის ხვრელი განლაგებულია მიკროსქემის შიდა ფენაში, რომელიც სრულდება ლამინირების დაწყებამდე ხვრელით ჩამოსხმის პროცესით, ხოლო რამდენიმე შიდა ფენა შეიძლება გადახურული იყოს გამჭოლი ხვრელის წარმოქმნისას. მესამე ტიპი, რომელსაც ხვრელები ეწოდება, გადის მთელ მიკროსქემის დაფაზე და შეიძლება გამოყენებულ იქნას შიდა ურთიერთკავშირისთვის ან კომპონენტებისათვის ხვრელების სამონტაჟო და მოსაძებნად. იმის გამო, რომ ხვრელი უფრო ადვილია ამ პროცესის განხორციელებაში, ღირებულება უფრო დაბალია, ამიტომ დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფები მას უფრო მეტად იყენებენ, ვიდრე სხვა ორი სახის ხვრელი. შემდეგი ხვრელები, სპეციალური ახსნის გარეშე, ჩაითვლება ხვრელებად.

რამდენად იცით PCB დიზაინის ხვრელის შესახებ

დიზაინის თვალსაზრისით, გამჭოლი ხვრელი ძირითადად ორი ნაწილისგან შედგება, ერთი არის საბურღი ხვრელი შუაში და მეორე არის ბალიშის არე საბურღი ხვრელის გარშემო, როგორც ეს მოცემულია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. ამ ორი ნაწილის ზომა განსაზღვრავს ხვრელის ზომას. ცხადია, მაღალსიჩქარიანი, მაღალი სიმკვრივის PCB- ის დიზაინში დიზაინერს ყოველთვის სურს რაც შეიძლება მცირე ხვრელი, ამ ნიმუშს შეუძლია დატოვოს მეტი ადგილი გაყვანილობისთვის, გარდა ამისა, რაც უფრო მცირეა ხვრელი, მით უფრო მცირეა მისი პარაზიტული ტევადობა, უფრო მეტი შესაფერისია მაღალი სიჩქარით ჩართვისთვის. მაგრამ ხვრელის ზომა მცირდება ამავე დროს მოაქვს ღირებულების ზრდა და ხვრელის ზომა არ შეიძლება შემცირდეს შეზღუდვის გარეშე, იგი შემოიფარგლება ბურღვით (ბურღვით) და მოოქროვილით (დაფარვით) და სხვა ტექნოლოგიით: რაც უფრო მცირეა ხვრელი, რაც უფრო ხანგრძლივია ბურღვა, მით უფრო ადვილია ცენტრიდან გადახრა; როდესაც ხვრელის სიღრმე 6 -ჯერ აღემატება ხვრელის დიამეტრს, შეუძლებელია გარანტიის კედლის ერთგვაროვანი სპილენძის მოპირკეთების გარანტია. მაგალითად, 6 ფენის PCB დაფის ამჟამინდელი ნორმალური სისქე (ხვრელის სიღრმეში) არის დაახლოებით 50 მილილიტრი, ასე რომ ბურღვის მინიმალური დიამეტრი, რომელსაც PCB მწარმოებლები უზრუნველყოფენ, მხოლოდ 8 მილიონს აღწევს. ხვრელის პარაზიტული ტევადობა არსებობს მიწაზე, თუ იზოლაციის ხვრელის დიამეტრი არის D2, ხვრელის დიამეტრი არის D1, PCB დაფის სისქე არის T, ხოლო სუბსტრატის დიელექტრიკული მუდმივი ε, ხვრელის პარაზიტული ტევადობა არის დაახლოებით: C = 1.41εTD1/ (D2-D1)

მიკროსქემის პარაზიტული ტევადობის მთავარი ეფექტი არის სიგნალის ზრდის დროის გახანგრძლივება და მიკროსქემის სიჩქარის შემცირება. მაგალითად, PCB დაფისთვის, რომლის სისქეა 50 მლნ, თუ ხვრელის შიდა დიამეტრია 10 მლ, ბალიშის დიამეტრი 20 მლნ, ხოლო მანძილი ბალიშსა და სპილენძის იატაკს შორის 32 მლნ, ჩვენ შეგვიძლია მივაახლოოთ პარაზიტული ტევადობა ხვრელი ზემოაღნიშნული ფორმულის გამოყენებით: C = 1.41 × 4.4 × 0.050 × 0.020/ (0.032-0.020) = 0.517pF, ტევადობის ამ ნაწილში გამოწვეული ზრდის დროის ცვალებადობაა: T10-90 = 2.2C (Z0/ 2) = 2.2 × 0.517x (55/ 2) = 31.28 წმ. ამ ღირებულებებიდან ნათელია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ პარაზიტული ტევადობის გავლენა ერთი ხვრელიდან ამოსვლის დაგვიანებით არ არის აშკარა, დიზაინერები ფრთხილად უნდა იყვნენ, თუ მრავალი ხვრელი გამოიყენება ფენა-ფენა გადართვისთვის.

მაღალსიჩქარიანი ციფრული სქემების დიზაინში, პარაზიტული ინდუქტიურობის პარაზიტული ინდუქცია ხვრელში ხშირად აღემატება პარაზიტული ტევადობის ზემოქმედებას. მისი პარაზიტული სერიის ინდუქტიურობა შეასუსტებს შემოვლითი ტევადობის წვლილს და შეამცირებს მთელი ენერგოსისტემის ფილტრაციის ეფექტურობას. ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ გამოვთვალოთ ხვრელის მიახლოების პარაზიტული ინდუქცია შემდეგი ფორმულის გამოყენებით: L = 5.08 სთ [ln (4 სთ/დ) +1] სადაც L ეხება ხვრელის ინდუქციურობას, h არის სიგრძე ხვრელი, და D არის ცენტრალური ხვრელის დიამეტრი. განტოლებიდან ჩანს, რომ ხვრელის დიამეტრი მცირე გავლენას ახდენს ინდუქციურობაზე, ხოლო ხვრელის სიგრძეს უდიდესი გავლენა აქვს ინდუქციაზე. ჯერ კიდევ ზემოთ მოყვანილი მაგალითის გამოყენებით, ხვრელიდან ინდუქცია შეიძლება გამოითვალოს როგორც L = 5.08 × 0.050 [ln (4 × 0.050/0.010) +1] = 1.015nh. თუ სიგნალის ზრდის დრო არის 1ns, მაშინ ეკვივალენტური წინაღობის ზომაა: XL = πL/T10-90 = 3.19 ω. ეს წინაღობა არ შეიძლება იგნორირებული იყოს მაღალი სიხშირის დენის არსებობისას. კერძოდ, შემოვლითი კონდენსატორი უნდა გაიაროს ორ ხვრელში, რათა მიაწოდოს მიწოდების ფენა წარმონაქმნს, რითაც გაორმაგდება ხვრელის პარაზიტული ინდუქცია.

ხვრელის პარაზიტული მახასიათებლების ზემოაღნიშნული ანალიზის საშუალებით, ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ, რომ მაღალსიჩქარიანი PCB დიზაინში ერთი შეხედვით მარტივი ხვრელი ხშირად დიდ უარყოფით გავლენას ახდენს სქემის დიზაინზე. ხვრელის პარაზიტული ეფექტის მავნე ზემოქმედების შესამცირებლად, ჩვენ შეგვიძლია რაც შეიძლება მეტი გავაკეთოთ დიზაინში: 1. ღირებულებისა და სიგნალის ხარისხის ორი ასპექტიდან, შეარჩიეთ ხვრელის გონივრული ზომა. მაგალითად, MEMORY მოდულის PCB დიზაინის 6-10 ფენისთვის უმჯობესია აირჩიოთ 10/20 მლ (ბურღვა/ბალიში) ხვრელიდან, მაღალი სიმკვრივის მცირე ზომის დაფისთვის, ასევე შეგიძლიათ სცადოთ გამოიყენოთ 8/18 მლ მეშვეობით ხვრელი. დღევანდელი ტექნოლოგიით, ძნელი იქნებოდა პატარა ხვრელების გამოყენება. ელექტროენერგიის მიწოდებისთვის ან ხვრელების მეშვეობით მიწის მავთულისთვის შეიძლება ჩაითვალოს უფრო დიდი ზომის გამოყენება წინაღობის შესამცირებლად.

2. ზემოთ განხილული ორი ფორმულა აჩვენებს, რომ თხელი PCB დაფების გამოყენება ხელს უწყობს ხვრელების მეშვეობით ორი პარაზიტული პარამეტრის შემცირებას.

3. PCB დაფაზე სიგნალის გაყვანილობა არ უნდა შეიცვალოს ფენა შეძლებისდაგვარად, ანუ ვცდილობთ არ გამოვიყენოთ არასაჭირო ხვრელები.

4. დენის წყაროს ქინძისთავები და მიწა უნდა გაბურღული იქნეს ახლოს. რაც უფრო მოკლეა ტყვიის ქინძისთავებსა და ხვრელებს შორის, მით უკეთესი, რადგან ისინი გამოიწვევენ ინდუქციურობის ზრდას. ამავდროულად, სიმძლავრე და მიწები უნდა იყოს მაქსიმალურად სქელი, რათა შემცირდეს წინაღობა.

5. მოათავსეთ რამდენიმე დასაბუთებული ხვრელი სიგნალის ფენის ცვლილების ხვრელებთან ახლოს, რათა უზრუნველყოს სიგნალის უახლოესი მარყუჟი. თქვენ შეგიძლიათ კიდევ ბევრი დამატებითი ხვრელი მოათავსოთ PCB– ზე. რა თქმა უნდა, თქვენ უნდა იყოთ მოქნილი თქვენს დიზაინში. ზემოთ განხილული ხვრელის მოდელი არის სიტუაცია, როდესაც თითოეულ ფენაში არის ბალიშები. ზოგჯერ, ჩვენ შეგვიძლია შევამციროთ ან თუნდაც ამოვიღოთ ბალიშები ზოგიერთ ფენაში. განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ ხვრელის სიმკვრივე ძალიან დიდია, ამან შეიძლება გამოიწვიოს სპილენძის ფენაში შეწყვეტილი ღარის წარმოქმნა, ამგვარი პრობლემის გადასაჭრელად ხვრელის ადგილმდებარეობის გადაადგილების გარდა, ჩვენ ასევე შეგვიძლია განვიხილოთ ხვრელი სპილენძის ფენაში, რათა შეამციროს ბალიშის ზომა.