Jeden. Podstawowa koncepcja vias

Via jest jednym z ważnych składników wielowarstwowa płytka drukowana, a koszt wiercenia zwykle stanowi od 30% do 40% kosztów produkcji PCB. Mówiąc najprościej, każdy otwór na płytce drukowanej można nazwać przelotką.

Z punktu widzenia funkcji przelotki można podzielić na dwie kategorie: jedna służy do połączeń elektrycznych między warstwami; drugi służy do mocowania lub pozycjonowania urządzeń.

Z punktu widzenia procesu, przelotki te są generalnie podzielone na trzy kategorie, a mianowicie przelotki ślepe, przelotki zakopane i przelotki przelotowe. Otwory zaślepiające znajdują się na górnej i dolnej powierzchni płytki drukowanej i mają określoną głębokość. Służą do łączenia linii powierzchni i leżącej poniżej linii wewnętrznej. Głębokość otworu zwykle nie przekracza określonego współczynnika (apertury). Zakopany otwór odnosi się do otworu połączeniowego znajdującego się w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej, która nie sięga do powierzchni płytki drukowanej. Wspomniane powyżej dwa rodzaje otworów znajdują się w wewnętrznej warstwie płytki drukowanej i są zakończone procesem formowania otworów przelotowych przed laminowaniem, a kilka warstw wewnętrznych może na siebie nachodzić podczas formowania przelotki. Trzeci typ to otwór przelotowy, który przechodzi przez całą płytkę drukowaną i może być używany do połączeń wewnętrznych lub jako otwór pozycjonujący do montażu komponentów. Ponieważ otwór przelotowy jest łatwiejszy do wdrożenia w procesie, a koszt jest niższy, większość płytek drukowanych używa go zamiast dwóch pozostałych typów otworów przelotowych. Poniższe otwory przelotowe, o ile nie określono inaczej, są uważane za otwory przelotowe.

Z punktu widzenia projektu, przelotka składa się głównie z dwóch części, jedna to otwór wiercony w środku, a druga to obszar podkładki wokół otworu. Rozmiar tych dwóch części określa rozmiar przelotki. Oczywiście, w szybkich projektach PCB o dużej gęstości, projektanci zawsze mają nadzieję, że im mniejszy jest otwór przelotowy, tym lepiej, dzięki czemu na płytce można pozostawić więcej miejsca na okablowanie. Ponadto im mniejsza przelotka, tym sama pojemność pasożytnicza. Im jest mniejszy, tym bardziej nadaje się do szybkich torów. Jednak zmniejszenie rozmiaru otworu powoduje również wzrost kosztów, a rozmiaru przelotki nie można zmniejszać w nieskończoność. Jest to ograniczone przez technologie procesowe, takie jak wiercenie i platerowanie: im mniejszy otwór, wiertło Im dłużej trwa otwór, tym łatwiej jest odchylić się od położenia środkowego; a gdy głębokość otworu przekracza 6-krotność średnicy wierconego otworu, nie można zagwarantować, że ściana otworu może być równomiernie pokryta miedzią. Na przykład grubość (głębokość otworu) normalnej 6-warstwowej płytki PCB wynosi około 50Mil, więc minimalna średnica wiercenia, jaką mogą zapewnić producenci PCB, może osiągnąć tylko 8Mil.

Po drugie, pasożytnicza pojemność przelotki

Sama przelotka ma pasożytniczą pojemność względem uziemienia. Jeśli wiadomo, że średnica otworu izolacyjnego w warstwie uziemiającej przelotki wynosi D2, średnica podkładki przelotki to D1, grubość płytki PCB to T, a stała dielektryczna podłoża płytki to ε, wielkość pasożytniczej pojemności przelotki wynosi w przybliżeniu: C=1.41εTD1/(D2-D1) Pasożytnicza pojemność przelotki spowoduje, że obwód wydłuży czas narastania sygnału i zmniejszy prędkość obwodu. Na przykład, dla płytki drukowanej o grubości 50Mil, jeśli używana jest przelotka o wewnętrznej średnicy 10Mil i średnicy padu 20Mil, a odległość między padem a uziemionym obszarem miedzi wynosi 32Mil, możemy przybliżyć przelotkę stosując powyższy wzór Pojemność pasożytnicza wynosi w przybliżeniu: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, zmiana czasu narastania wywołana przez tę część pojemności wynosi: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Z tych wartości widać, że choć efekt opóźnienia narastania wywołanego pojemnością pasożytniczą pojedynczej przelotki nie jest oczywisty, to w przypadku wielokrotnego użycia przelotki w śladzie do przełączania się między warstwami, projektant powinien wziąć pod uwagę ostrożnie.

Po trzecie, pasożytnicza indukcyjność via

Podobnie istnieją indukcyjności pasożytnicze wraz z pasożytniczą pojemnością przelotek. W projektowaniu szybkich obwodów cyfrowych szkody spowodowane przez pasożytniczą indukcyjność przelotek są często większe niż wpływ pasożytniczej pojemności. Jego pasożytnicza indukcyjność szeregowa osłabi wkład kondensatora obejściowego i osłabi efekt filtrowania całego systemu elektroenergetycznego. Możemy po prostu obliczyć przybliżoną indukcyjność pasożytniczą przelotki za pomocą następującego wzoru: L=5.08h[ln(4h/d)+1] gdzie L oznacza indukcyjność przelotki, h to długość przelotki, a d jest środkiem Średnica otworu. Ze wzoru wynika, że ​​średnica przelotki ma mały wpływ na indukcyjność, a długość przelotki ma największy wpływ na indukcyjność. Korzystając z powyższego przykładu, indukcyjność przelotki można obliczyć jako: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Jeżeli czas narastania sygnału wynosi 1ns, to jego impedancja zastępcza wynosi: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Taka impedancja nie może być dłużej ignorowana, gdy przepływają prądy o wysokiej częstotliwości. Szczególną uwagę należy zwrócić na fakt, że kondensator bocznikujący musi przejść przez dwie przelotki podczas łączenia płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia, aby pasożytnicza indukcyjność przelotek wzrosła wykładniczo.

Po czwarte, poprzez projekt w szybkiej płytce drukowanej

Poprzez powyższą analizę pasożytniczych charakterystyk przelotek, widzimy, że w szybkich projektach PCB pozornie proste przelotki często przynoszą duże negatywne skutki w projektowaniu obwodów. W celu zmniejszenia negatywnych skutków wywołanych przez pasożytnicze działanie przelotek, w projekcie można wykonać następujące czynności:

1. Z punktu widzenia kosztów i jakości sygnału wybierz odpowiedni rozmiar za pośrednictwem. Na przykład, w przypadku projektu płytki PCB modułu pamięci 6-10 warstw, lepiej jest użyć przelotek 10/20Mil (wierconych/podkładek). W przypadku niektórych płyt o małych rozmiarach o dużej gęstości możesz również spróbować użyć 8/18Mil. otwór. W obecnych warunkach technicznych zastosowanie mniejszych przelotek jest trudne. W przypadku przelotek zasilających lub uziemiających można rozważyć użycie większego rozmiaru, aby zmniejszyć impedancję.

2. Z dwóch omówionych powyżej wzorów można wywnioskować, że zastosowanie cieńszej płytki PCB sprzyja zmniejszeniu dwóch pasożytniczych parametrów przelotki.

3. Staraj się nie zmieniać warstw ścieżek sygnałowych na płytce PCB, to znaczy staraj się nie używać zbędnych przelotek.

4. Kołki zasilania i uziemienia powinny być wywiercone w pobliżu, a przewód między przelotką a kołkiem powinien być jak najkrótszy, ponieważ zwiększą one indukcyjność. Jednocześnie przewody zasilające i uziemiające powinny być jak najgrubsze, aby zmniejszyć impedancję.

5. Umieść kilka uziemionych przelotek w pobliżu przelotek warstwy sygnałowej, aby zapewnić najbliższą pętlę dla sygnału. Możliwe jest nawet umieszczenie dużej liczby redundantnych przelotek uziemienia na płytce PCB. Oczywiście projekt musi być elastyczny. Omówiony wcześniej model przelotki to przypadek, w którym na każdej warstwie znajdują się podkładki. Czasami możemy zmniejszyć lub nawet usunąć podkładki niektórych warstw. Zwłaszcza, gdy gęstość przelotek jest bardzo duża, może to prowadzić do powstania rowka przerywającego, który oddziela pętlę w warstwie miedzi. Aby rozwiązać ten problem, oprócz zmiany położenia przelotki, możemy również rozważyć umieszczenie przelotki na warstwie miedzi. Rozmiar podkładki jest zmniejszony.