ერთი პერფორაციის ძირითადი კონცეფცია

მეშვეობით ხვრელი (VIA) არის მნიშვნელოვანი ნაწილი მრავალშრიანი 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.

PCB მეშვეობით ხვრელი ძირითადი კონცეფცია და მეშვეობით ხვრელი მეთოდი შესავალი

დიზაინის თვალსაზრისით, გამტარი ხვრელი ძირითადად შედგება ორი ნაწილისგან, ერთი არის საბურღი ხვრელი შუაში, ხოლო მეორე არის საბურღი ხვრელის გარშემო არსებული ბალიშის არე. 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 ზომის შემცირება ერთდროულად იწვევს ხარჯების ზრდას, ხოლო ხვრელის ზომა არ შეიძლება შემცირდეს შეზღუდვის გარეშე, იგი შემოიფარგლება საბურღი (საბურღი) და მოოქროვილი (მოოქროვილი) და სხვა ტექნოლოგიით: რაც უფრო მცირეა ხვრელი, რაც უფრო დიდი დრო სჭირდება ბურღვას, მით უფრო ადვილია გადახრა ცენტრალური პოზიციიდან; როდესაც ხვრელის სიღრმე 6 -ჯერ აღემატება ხვრელის დიამეტრს, შეუძლებელია გარანტიის კედლის ერთგვაროვანი სპილენძის მოპირკეთების გარანტია. მაგალითად, თუ ჩვეულებრივი 6-ფენიანი PCB დაფის სისქე (ხვრელის სიღრმე) არის 50 მილი, მაშინ მინიმალური ხვრელის დიამეტრი, რომელიც PCB მწარმოებლებს შეუძლიათ უზრუნველყონ, არის 8 მილი. ლაზერული ბურღვის ტექნოლოგიის განვითარებით, ბურღვის ზომა ასევე შეიძლება იყოს უფრო და უფრო მცირე. საერთოდ, ხვრელის დიამეტრი ნაკლებია ან უდრის 6 მილილს, ჩვენ მას მიკრო ხვრელს ვუწოდებთ. მიკროღვრები ხშირად გამოიყენება HDI (მაღალი სიმკვრივის ურთიერთკავშირის სტრუქტურა) დიზაინში. მიკროხვრელების ტექნოლოგია იძლევა ხვრელის დარტყმის საშუალებას პირდაპირ ბალიშზე (VIA-in-pad), რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს მიკროსქემის მუშაობას და ზოგავს გაყვანილობის ადგილს.

გადამცემი ხაზის გამავალი ხვრელი არის წინაღობის შეწყვეტის წერტილი, რაც გამოიწვევს სიგნალის ასახვას. ზოგადად, გამავალი ხვრელის ეკვივალენტური წინაღობა დაახლოებით 12%-ით დაბალია, ვიდრე გადამცემი ხაზის. მაგალითად, 50 ომიანი გადამცემი ხაზის წინაღობა შემცირდება 6 ომ-ით, როდესაც ის გადის ხვრელში (სპეციფიკური ასევე დაკავშირებულია გამავალი ხვრელის ზომასთან და ფირფიტის სისქესთან, მაგრამ არა აბსოლუტური შემცირება). თუმცა, ხვრელში წინაღობის შეწყვეტით გამოწვეული ანარეკლი რეალურად ძალიან მცირეა და მისი ასახვის კოეფიციენტი არის მხოლოდ :(44-50)/(44+50) =0.06. ხვრელით გამოწვეული პრობლემები უფრო მეტად არის ორიენტირებული პარაზიტული ტევადობისა და ინდუქციურობის გავლენაზე.

პარაზიტული ტევადობა და ინდუქციურობა ხვრელში

პარაზიტული მაწანწალა ტევადობა თავად ხვრელში არსებობს. თუ დასაკეცი ფენის ხვრელის შედუღების წინააღმდეგობის ზონის დიამეტრი არის D2, შედუღების ბალიშის დიამეტრი არის D1, PCB დაფის სისქე არის T, ხოლო სუბსტრატის დიელექტრიკული მუდმივი არის ε, პარაზიტული ტევადობა ხვრელი 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 ბალიშის დიამეტრი 20 მლნ (ჭაბურღილის დიამეტრი 10 მლნ) და შედუღების ბლოკის დიამეტრი 40 მლნ, ჩვენ შეგვიძლია მივაახლოოთ პარაზიტული ტევადობა ხვრელი ზემოთ მოცემული ფორმულით: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF ტევადობით გამოწვეული აწევის დროის ცვლილება დაახლოებით შემდეგია: T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps ამ მნიშვნელობებიდან ჩანს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ აწევის დაყოვნებისა და შენელების ეფექტი გამოწვეულია ერთჯერადი გამტარიანობის პარაზიტული ტევადობით. ხვრელი არც თუ ისე აშკარაა, თუ გამჭვირვალე ხვრელი გამოიყენება ფენებს შორის გადასართავად რამდენჯერმე, გამოყენებული იქნება მრავალი ნახვრეტი. იყავით ფრთხილად თქვენს დიზაინში. პრაქტიკულ დიზაინში, პარაზიტული ტევადობა შეიძლება შემცირდეს ხვრელსა და სპილენძის დაგების ზონას შორის მანძილის გაზრდით (ანტი-ბალიშის) ან ბალიშის დიამეტრის შემცირებით. მაღალსიჩქარიანი ციფრული მიკროსქემის დიზაინში ხვრელის პარაზიტული ინდუქტიურობა უფრო მავნეა ვიდრე პარაზიტული ტევადობა. მისი პარაზიტული სერიის ინდუქტიურობა შეასუსტებს შემოვლითი ტევადობის წვლილს და შეამცირებს მთელი ენერგოსისტემის ფილტრაციის ეფექტურობას. ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ გამოვთვალოთ ნახვრეტის მიახლოების პარაზიტული ინდუქციურობა შემდეგი ემპირიული ფორმულის გამოყენებით: L=5.08h [ln (4სთ/დ) +1]

სადაც L ეხება ხვრელის ინდუქციურობას, H არის ხვრელის სიგრძე და D არის ცენტრალური ხვრელის დიამეტრი. განტოლებიდან ჩანს, რომ ხვრელის დიამეტრი მცირე გავლენას ახდენს ინდუქციურობაზე, ხოლო ხვრელის სიგრძეს უდიდესი გავლენა აქვს ინდუქციაზე. მიუხედავად ამისა, ზემოთ მოყვანილი მაგალითის გამოყენებით, ხვრელიდან გამოსვლის ინდუქციურობა შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh თუ სიგნალის აწევის დრო არის 1ns, მაშინ ექვივალენტური 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.

სამი, როგორ გამოვიყენოთ ხვრელი

გამავალი ხვრელების პარაზიტული მახასიათებლების ზემოაღნიშნული ანალიზით, ჩვენ ვხედავთ, რომ მაღალსიჩქარიანი PCB დიზაინში, ერთი შეხედვით მარტივი ნახვრეტები ხშირად დიდ უარყოფით ეფექტებს მოაქვს მიკროსქემის დიზაინზე. ხვრელის პარაზიტული ეფექტის არასასურველი ეფექტების შესამცირებლად, ჩვენ შეგვიძლია ვეცადოთ, რომ გავაკეთოთ შემდეგი დიზაინში:

1. ღირებულებისა და სიგნალის ხარისხის გათვალისწინებით, არჩეულია გონივრული ხვრელის ზომა. საჭიროების შემთხვევაში, განიხილეთ სხვადასხვა ზომის ხვრელების გამოყენება. მაგალითად, დენის ან მიწის კაბელებისათვის განიხილეთ უფრო დიდი ზომის წინაღობის შესამცირებლად, ხოლო სიგნალის გაყვანილობისთვის გამოიყენეთ პატარა ხვრელები. რა თქმა უნდა, ხვრელის ზომის შემცირებით, შესაბამისი ღირებულება გაიზრდება.

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

3. PCB დაფაზე სიგნალის გაყვანილობა მაქსიმალურად არ უნდა იცვლებოდეს ფენებს, ანუ შეძლებისდაგვარად არ გამოიყენოთ არასაჭირო ხვრელები.

4. ელექტრომომარაგებისა და გრუნტის ქინძისთავები უნდა იყოს გაბურღული უახლოეს ნახვრეტში, ხოლო ნახვრეტსა და ქინძისთავებს შორის ჩასასვლელი უნდა იყოს რაც შეიძლება მოკლე. პარალელურად შეიძლება ჩაითვალოს მრავალი ხვრელი, რათა შემცირდეს ეკვივალენტური ინდუქტიურობა.

5. ზოგიერთი მიწის ხვრელი მოთავსებულია სიგნალის შრეების ხვრელების მახლობლად, 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.

6. მაღალი სიმკვრივის მაღალი სიჩქარის PCB დაფებისთვის შეიძლება ჩაითვალოს მიკრო ხვრელები.