In high-speed HDI-printplaat design, via design is een belangrijke factor. Het bestaat uit een gat, een padgebied rond het gat en een isolatiegebied van de POWER-laag, die meestal worden onderverdeeld in drie typen: blinde gaten, begraven gaten en doorgaande gaten. In het PCB-ontwerpproces worden, door de analyse van de parasitaire capaciteit en parasitaire inductantie van de via’s, enkele voorzorgsmaatregelen bij het ontwerp van snelle PCB-via’s samengevat.

Op dit moment wordt high-speed PCB-ontwerp veel gebruikt in communicatie, computers, grafische afbeeldingen en beeldverwerking en andere gebieden. Alle high-tech elektronische productontwerpen met toegevoegde waarde streven naar kenmerken zoals een laag stroomverbruik, lage elektromagnetische straling, hoge betrouwbaarheid, miniaturisatie en lichtgewicht. Om de bovenstaande doelen te bereiken, is via-ontwerp een belangrijke factor bij het ontwerpen van PCB’s met hoge snelheid.

1. Via
Via is een belangrijke factor in het ontwerp van meerlaagse PCB’s. Een via bestaat hoofdzakelijk uit drie delen, één is het gat; de andere is het kussengebied rond het gat; en de derde is het isolatiegebied van de POWER-laag. Het proces van het via-gat is om een ​​laag metaal op het cilindrische oppervlak van de gatwand van het via-gat te plateren door chemische afzetting om de koperfolie te verbinden die moet worden verbonden met de middelste lagen, en de boven- en onderkant van het via-gat wordt gemaakt in gewone pads. De vorm kan direct worden verbonden met de lijnen aan de boven- en onderkant, of niet verbonden. Via’s kunnen de rol spelen van elektrische verbindings-, bevestigings- of positioneringsapparatuur.

Via’s zijn over het algemeen onderverdeeld in drie categorieën: blinde gaten, begraven gaten en doorgaande gaten.

Blinde gaten bevinden zich aan de boven- en onderkant van de printplaat en hebben een bepaalde diepte. Ze worden gebruikt om de oppervlaktelijn en de onderliggende binnenlijn te verbinden. De diepte van het gat en de diameter van het gat overschrijden meestal een bepaalde verhouding niet.

Begraven gat verwijst naar het verbindingsgat in de binnenste laag van de printplaat, die zich niet uitstrekt tot het oppervlak van de printplaat.

Blinde via’s en begraven via’s bevinden zich beide in de binnenste laag van de printplaat, die wordt voltooid door een doorgaand gatvormingsproces vóór het lamineren, en verschillende binnenlagen kunnen elkaar overlappen tijdens de vorming van via’s.

Doorgaande gaten, die door de gehele printplaat gaan, kunnen worden gebruikt voor interne doorverbinding of als positioneringsgat voor de installatie van een component. Omdat doorgaande gaten gemakkelijker te implementeren zijn en goedkoper zijn, gebruiken printplaten over het algemeen doorgaande gaten.

2. Parasitaire capaciteit van vias
De via zelf heeft parasitaire capaciteit naar aarde. Als de diameter van het isolatiegat op de grondlaag van de via D2 is, is de diameter van het via-pad D1, de dikte van de PCB is T en de diëlektrische constante van het bordsubstraat is ε, dan is de parasitaire capaciteit van de via lijkt op:

C = 1.41εTD1/(D2-D1)

Het belangrijkste effect van de parasitaire capaciteit van het via-gat op het circuit is om de stijgtijd van het signaal te verlengen en de snelheid van het circuit te verminderen. Hoe kleiner de capaciteitswaarde, hoe kleiner het effect.

3. Parasitaire inductie van vias
De via zelf heeft parasitaire inductie. Bij het ontwerp van snelle digitale schakelingen is de schade veroorzaakt door de parasitaire inductantie van de via vaak groter dan de invloed van de parasitaire capaciteit. De parasitaire serie-inductantie van de via zal de functie van de bypass-condensator verzwakken en het filtereffect van het gehele voedingssysteem verzwakken. Als L verwijst naar de inductantie van de via, h is de lengte van de via, en d is de diameter van het middelste gat, de parasitaire inductantie van de via is vergelijkbaar met:

L=5.08h［ln(4h/d) 1］

Uit de formule blijkt dat de diameter van de via een kleine invloed heeft op de inductantie en dat de lengte van de via de grootste invloed heeft op de inductantie.

4. Non-through via technologie
Non-through via’s omvatten blinde via’s en begraven via’s.

In de non-through via-technologie kan de toepassing van blinde via’s en begraven via’s de grootte en kwaliteit van de PCB aanzienlijk verminderen, het aantal lagen verminderen, de elektromagnetische compatibiliteit verbeteren, de kenmerken van elektronische producten verbeteren, de kosten verlagen en ook het ontwerp werkt eenvoudiger en sneller. Bij traditioneel PCB-ontwerp en -verwerking kunnen doorlopende gaten veel problemen opleveren. Ten eerste nemen ze een grote hoeveelheid effectieve ruimte in beslag en ten tweede zijn een groot aantal doorgaande gaten dicht op elkaar gepakt op één plaats, wat ook een enorm obstakel vormt voor de binnenste laagbedrading van de meerlagige PCB. Deze doorgaande gaten nemen de benodigde ruimte voor de bedrading in beslag en gaan intensief door de voeding en de grond. Het oppervlak van de draadlaag zal ook de impedantiekarakteristieken van de stroomaardingsdraadlaag vernietigen en de stroomaardingsdraadlaag ondoeltreffend maken. En de conventionele mechanische methode van boren zal 20 keer de werklast zijn van niet-through hole-technologie.

In PCB-ontwerp, hoewel de grootte van pads en via’s geleidelijk is afgenomen, als de dikte van de bordlaag niet proportioneel wordt verminderd, zal de beeldverhouding van het doorlopende gat toenemen en zal de toename van de beeldverhouding van het doorgaande gat afnemen de betrouwbaarheid. Met de volwassenheid van geavanceerde laserboortechnologie en plasma-droogetstechnologie, is het mogelijk om niet-penetrerende kleine blinde gaten en kleine begraven gaten aan te brengen. Als de diameter van deze niet-penetrerende via’s 0.3 mm is, zullen de parasitaire parameters ongeveer 1/10 van het oorspronkelijke conventionele gat zijn, wat de betrouwbaarheid van de PCB verbetert.

Door de non-through via technologie zijn er weinig grote via’s op de print, die meer ruimte voor sporen kunnen bieden. De resterende ruimte kan worden gebruikt voor afscherming van grote oppervlakken om de EMI/RFI-prestaties te verbeteren. Tegelijkertijd kan er ook meer resterende ruimte worden gebruikt voor de binnenste laag om het apparaat en de belangrijkste netwerkkabels gedeeltelijk af te schermen, zodat deze de beste elektrische prestaties heeft. Het gebruik van niet-doorgaande via’s maakt het gemakkelijker om de apparaatpinnen uit te waaieren, waardoor het gemakkelijk wordt om pinapparaten met hoge dichtheid (zoals BGA-verpakte apparaten) te routeren, de bedradingslengte te verkorten en te voldoen aan de timingvereisten van high-speed circuits .

5. Via selectie in gewone PCB
In het gewone PCB-ontwerp hebben de parasitaire capaciteit en parasitaire inductantie van de via weinig effect op het PCB-ontwerp. Voor het PCB-ontwerp met 1-4 lagen is 0.36 mm/0.61 mm/1.02 mm (geboord gat/pad/POWER-isolatiegebied over het algemeen geselecteerd). Via’s zijn beter. Voor signaallijnen met speciale vereisten (zoals stroomlijnen, grondlijnen, kloklijnen, enz.), kunnen via’s van 0.41 mm/0.81 mm/1.32 mm worden gebruikt, of via’s van andere afmetingen kunnen worden geselecteerd op basis van de werkelijke situatie.

6. Via ontwerp in high-speed PCB
Door de bovenstaande analyse van de parasitaire kenmerken van via’s, kunnen we zien dat in high-speed PCB-ontwerp schijnbaar eenvoudige via’s vaak grote negatieve effecten hebben op het circuitontwerp. Om de nadelige effecten veroorzaakt door de parasitaire effecten van de via’s te verminderen, kan in het ontwerp het volgende worden gedaan:

(1) Kies een redelijke via-maat. Voor meerlaags PCB-ontwerp met algemene dichtheid is het beter om via’s van 0.25 mm/0.51 mm/0.91 mm (geboorde gaten/pads/POWER-isolatiegebied) te gebruiken; voor sommige PCB’s met hoge dichtheid kunnen 0.20 mm/0.46 ook mm/0.86 mm via’s worden gebruikt, u kunt ook niet-doorgaande via’s proberen; voor stroom- of aardvia’s kunt u overwegen een groter formaat te gebruiken om de impedantie te verminderen;

(2) Hoe groter het POWER-isolatiegebied, hoe beter, gezien de via-dichtheid op de PCB, in het algemeen D1=D2 0.41;

(3) Probeer de lagen van de signaalsporen op de PCB niet te veranderen, wat betekent om via’s te minimaliseren;

(4) Het gebruik van een dunnere PCB is bevorderlijk voor het verminderen van de twee parasitaire parameters van de via;

(5) De stroom- en aardingspennen moeten via gaten in de buurt worden gemaakt. Hoe korter de leiding tussen het via-gat en de pen, hoe beter, omdat ze de inductantie verhogen. Tegelijkertijd moeten de stroom- en aardingskabels zo dik mogelijk zijn om de impedantie te verminderen;

(6) Plaats enkele aardingsvia’s in de buurt van de via’s van de signaallaag om een ​​korte-afstandslus voor het signaal te creëren.

Bij het ontwerpen moeten natuurlijk specifieke zaken in detail worden geanalyseerd. Rekening houdend met zowel de kosten als de signaalkwaliteit, hopen ontwerpers bij high-speed PCB-ontwerp altijd dat hoe kleiner het via-gat is, hoe beter, zodat er meer bedradingsruimte op het bord kan worden gelaten. Bovendien, hoe kleiner het via-gat, hoe kleiner de parasitaire capaciteit, hoe geschikter voor hogesnelheidscircuits. Bij PCB-ontwerp met hoge dichtheid hebben het gebruik van niet-doorgaande via’s en de vermindering van de grootte van via’s ook geleid tot een stijging van de kosten, en de grootte van via’s kan niet onbeperkt worden verminderd. Het wordt beïnvloed door de boor- en galvaniseerprocessen van PCB-fabrikanten. Bij het via-ontwerp van hogesnelheidsprintplaten moet een evenwichtige afweging worden gemaakt met technische beperkingen.