En. Det grunnleggende konseptet med vias

Via er en av de viktige komponentene i flerlags PCB, og borekostnadene utgjør vanligvis 30% til 40% av PCB-produksjonskostnadene. Enkelt sagt kan hvert hull på PCB kalles en via.

Fra et funksjonssynspunkt kan vias deles inn i to kategorier: den ene brukes til elektriske forbindelser mellom lag; den andre brukes til feste- eller posisjoneringsanordninger.

Når det gjelder prosess, er disse viaene generelt delt inn i tre kategorier, nemlig blinde viaer, begravde viaer og gjennomvias. Blindhull er plassert på topp- og bunnflatene på kretskortet og har en viss dybde. De brukes til å forbinde overflatelinjen og den underliggende indre linjen. Hullets dybde overstiger vanligvis ikke et visst forhold (åpning). Nedgravd hull refererer til tilkoblingshullet plassert i det indre laget av kretskortet, som ikke strekker seg til overflaten av kretskortet. De ovenfor nevnte to typer hull er plassert i det indre laget av kretskortet, og fullføres med en gjennomhullsformingsprosess før laminering, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen av viasen. Den tredje typen kalles et gjennomgående hull, som trenger gjennom hele kretskortet og kan brukes til intern sammenkobling eller som et posisjoneringshull for komponentmontering. Fordi det gjennomgående hullet er lettere å implementere i prosessen og kostnadene er lavere, bruker de fleste trykte kretskort det i stedet for de to andre typene via-hull. Følgende via-hull, med mindre annet er spesifisert, anses som via-hull.

Fra et designsynspunkt er en via hovedsakelig sammensatt av to deler, den ene er borehullet i midten, og den andre er puteområdet rundt borehullet. Størrelsen på disse to delene bestemmer størrelsen på viaen. I høyhastighets PCB-design med høy tetthet håper designere åpenbart at jo mindre gjennomgangshullet er, jo bedre, slik at mer plass til ledninger kan være igjen på brettet. I tillegg, jo mindre via-hullet er, dens egen parasittiske kapasitans. Jo mindre den er, jo mer egnet er den for høyhastighetskretser. Imidlertid medfører reduksjonen av hullstørrelsen også en økning i kostnadene, og størrelsen på gjennomgangen kan ikke reduseres i det uendelige. Det er begrenset av prosessteknologier som boring og plating: jo mindre hullet er, boret Jo lengre hullet tar, jo lettere er det å avvike fra midtposisjonen; og når dybden av hullet overstiger 6 ganger diameteren til det borede hullet, kan det ikke garanteres at hullveggen kan bli jevnt belagt med kobber. For eksempel er tykkelsen (gjennom hulldybden) på et normalt 6-lags PCB-kort ca. 50Mil, så den minste borediameteren som PCB-produsenter kan gi kan bare nå 8Mil.

For det andre, den parasittiske kapasitansen til viaen

Via i seg selv har en parasittisk kapasitans til jord. Hvis det er kjent at diameteren til isolasjonshullet på jordlaget til viaen er D2, er diameteren på viaputen D1, tykkelsen på PCB-kortet er T, og den dielektriske konstanten til brettsubstratet er ε, størrelsen på den parasittiske kapasitansen til viaen er omtrentlig: C=1.41εTD1/(D2-D1) Den parasittiske kapasitansen til viaen vil føre til at kretsen forlenger stigetiden til signalet og reduserer hastigheten på kretsen. For eksempel, for et PCB med en tykkelse på 50Mil, hvis en via med en indre diameter på 10Mil og en putediameter på 20Mil brukes, og avstanden mellom puten og det jordede kobberområdet er 32Mil, så kan vi tilnærme via ved å bruke formelen ovenfor. Den parasittiske kapasitansen er omtrent: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, stigetidsendringen forårsaket av denne delen av kapasitansen er: T10-90=2.2C(Z0) /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Det kan sees fra disse verdiene at selv om effekten av stigningsforsinkelsen forårsaket av den parasittiske kapasitansen til en enkelt via ikke er åpenbar, hvis viaen brukes flere ganger i sporet for å bytte mellom lag, bør designeren likevel vurdere forsiktig.

For det tredje, den parasittiske induktansen til via

På samme måte er det parasittiske induktanser sammen med den parasittiske kapasitansen til viaene. Ved utformingen av høyhastighets digitale kretser er skaden forårsaket av den parasittiske induktansen til viaene ofte større enn virkningen av den parasittiske kapasitansen. Dens parasittiske serieinduktans vil svekke bidraget til bypass-kondensatoren og svekke filtreringseffekten til hele kraftsystemet. Vi kan ganske enkelt beregne den omtrentlige parasittiske induktansen til en via med følgende formel: L=5.08h[ln(4h/d)+1] der L refererer til induktansen til viaen, h er lengden på viaen, og d er sentrum Diameteren på hullet. Det kan ses av formelen at diameteren til viaen har liten innflytelse på induktansen, og lengden på viaen har størst innvirkning på induktansen. Fortsatt ved å bruke eksemplet ovenfor, kan induktansen til viaen beregnes som: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Hvis stigetiden til signalet er 1ns, er dens ekvivalente impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Slik impedans kan ikke lenger ignoreres når høyfrekvente strømmer passerer. Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot det faktum at bypass-kondensatoren må passere gjennom to vias når du kobler kraftplanet og jordplanet, slik at den parasittiske induktansen til viaene vil øke eksponentielt.

For det fjerde, via design i høyhastighets PCB

Gjennom analysen ovenfor av de parasittiske egenskapene til vias, kan vi se at i høyhastighets PCB-design, gir tilsynelatende enkle vias ofte store negative effekter på kretsdesign. For å redusere de negative effektene forårsaket av de parasittiske effektene av viasene, kan følgende gjøres i designet:

1. Fra kostnads- og signalkvalitetens perspektiv, velg en rimelig størrelse via. For eksempel, for 6-10 lags minnemodul PCB-design, er det bedre å bruke 10/20Mil (boret/pad) vias. For noen brett med høy tetthet i liten størrelse kan du også prøve å bruke 8/18Mil. hull. Under dagens tekniske forhold er det vanskelig å bruke mindre viaer. For strøm- eller jordvias kan du vurdere å bruke en større størrelse for å redusere impedansen.

2. De to formlene diskutert ovenfor kan konkluderes med at bruken av et tynnere PCB bidrar til å redusere de to parasittiske parametrene til via.

3. Prøv å ikke endre lagene til signalsporene på PCB-kortet, det vil si, prøv å ikke bruke unødvendige viaer.

4. Strøm- og jordpinnene bør bores i nærheten, og ledningen mellom via og pinnen skal være så kort som mulig, fordi de vil øke induktansen. Samtidig bør strøm- og jordledningene være så tykke som mulig for å redusere impedansen.

5. Plasser noen jordede vias nær viaene til signallaget for å gi den nærmeste sløyfen for signalet. Det er til og med mulig å plassere et stort antall redundante jordvias på PCB-kortet. Designet må selvfølgelig være fleksibelt. Via-modellen diskutert tidligere er tilfellet der det er puter på hvert lag. Noen ganger kan vi redusere eller til og med fjerne putene på noen lag. Spesielt når tettheten av vias er svært høy, kan det føre til at det dannes et bruddspor som skiller løkken i kobberlaget. For å løse dette problemet kan vi i tillegg til å flytte viaens posisjon også vurdere å plassere viaen på kobberlaget. Putestørrelsen er redusert.