Unu. Conceptul de bază al vias

Via este una dintre componentele importante ale PCB multistrat, iar costul forajului reprezintă de obicei 30% până la 40% din costul de fabricație a PCB-ului. Mai simplu spus, fiecare gaură de pe PCB poate fi numită o via.

Din punct de vedere al funcției, vias-urile pot fi împărțite în două categorii: una este utilizată pentru conexiunile electrice între straturi; celălalt este folosit pentru fixarea sau poziționarea dispozitivelor.

Din punct de vedere al procesului, aceste vias sunt în general împărțite în trei categorii, și anume vias oarbe, vias îngropate și prin vias. Găurile oarbe sunt situate pe suprafețele superioare și inferioare ale plăcii de circuit imprimat și au o anumită adâncime. Ele sunt folosite pentru a conecta linia de suprafață și linia interioară subiacentă. Adâncimea găurii de obicei nu depășește un anumit raport (apertura). Orificiul îngropat se referă la orificiul de conectare situat în stratul interior al plăcii de circuit imprimat, care nu se extinde până la suprafața plăcii de circuit. Cele două tipuri de găuri menționate mai sus sunt situate în stratul interior al plăcii de circuit și sunt finalizate printr-un proces de formare a găurilor traversante înainte de laminare, iar mai multe straturi interioare pot fi suprapuse în timpul formării traversei. Al treilea tip se numește orificiu traversant, care pătrunde în întreaga placă de circuit și poate fi utilizat pentru interconectarea internă sau ca orificiu de poziționare pentru montarea componentelor. Deoarece orificiul de trecere este mai ușor de implementat în proces și costul este mai mic, majoritatea plăcilor de circuite imprimate îl folosesc în locul celorlalte două tipuri de orificii de trecere. Următoarele găuri de trecere, dacă nu se specifică altfel, sunt considerate găuri de trecere.

Din punct de vedere al designului, o cale este compusă în principal din două părți, una este gaura de foraj din mijloc, iar cealaltă este zona tamponului din jurul orificiului de foraj. Dimensiunea acestor două părți determină dimensiunea via. Evident, în designul PCB de mare viteză și densitate mare, designerii speră întotdeauna că cu cât orificiul de trecere este mai mic, cu atât mai bine, astfel încât să poată rămâne mai mult spațiu de cablare pe placă. În plus, cu cât orificiul de trecere este mai mic, capacitatea parazită este proprie. Cu cât este mai mic, cu atât este mai potrivit pentru circuitele de mare viteză. Cu toate acestea, reducerea dimensiunii găurii aduce, de asemenea, o creștere a costului, iar dimensiunea traversei nu poate fi redusă la infinit. Este restricționat de tehnologiile de proces precum găurirea și placarea: cu cât gaura este mai mică, burghiul Cu cât orificiul durează mai mult, cu atât este mai ușor să devii de la poziția centrală; iar atunci când adâncimea găurii depășește de 6 ori diametrul găurii, nu se poate garanta că peretele găurii poate fi placat uniform cu cupru. De exemplu, grosimea (adâncimea găurii) a unei plăci PCB normale cu 6 straturi este de aproximativ 50 mil, astfel încât diametrul minim de foraj pe care îl pot furniza producătorii de PCB poate ajunge la doar 8 mil.

În al doilea rând, capacitatea parazitară a via

Via în sine are o capacitate parazită la masă. Dacă se știe că diametrul găurii de izolație de pe stratul de masă al căii interioare este D2, diametrul plăcii de legătură este D1, grosimea plăcii PCB este T și constanta dielectrică a substratului plăcii este ε, dimensiunea capacității parazitare a via este de aproximativ: C=1.41εTD1/(D2-D1) Capacitatea parazita a via va determina circuitul să prelungească timpul de creștere a semnalului și să reducă viteza circuitului. De exemplu, pentru un PCB cu o grosime de 50 mil, dacă se folosește o via cu un diametru interior de 10 mil și un diametru al tamponului de 20 mil, iar distanța dintre tampon și zona de cupru la pământ este de 32 mil, atunci putem aproxima via. folosind formula de mai sus Capacitatea parazită este aproximativ: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, modificarea timpului de creștere cauzată de această parte a capacității este: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Din aceste valori se poate observa că, deși efectul întârzierii de creștere cauzate de capacitatea parazitară a unei singure via nu este evident, dacă via este utilizată de mai multe ori în urmă pentru a comuta între straturi, proiectantul ar trebui totuși să ia în considerare cu grija.

În al treilea rând, inductanța parazită a via

În mod similar, există inductanțe parazite împreună cu capacitatea parazită a vias-urilor. În proiectarea circuitelor digitale de mare viteză, daunele cauzate de inductanța parazitară a vias-ului este adesea mai mare decât impactul capacității parazitare. Inductanța sa parazită în serie va slăbi contribuția condensatorului de bypass și va slăbi efectul de filtrare al întregului sistem de alimentare. Putem calcula pur și simplu inductanța parazită aproximativă a unei via cu următoarea formulă: L=5.08h[ln(4h/d)+1] unde L se referă la inductanța via, h este lungimea via și d este centrul Diametrul găurii. Din formula se poate observa că diametrul via are o influență mică asupra inductanței, iar lungimea via are cea mai mare influență asupra inductanței. Folosind încă exemplul de mai sus, inductanța via poate fi calculată ca: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Dacă timpul de creștere al semnalului este 1ns, atunci impedanța sa echivalentă este: XL=πL/T10-90=3.19Ω. O astfel de impedanță nu mai poate fi ignorată atunci când trec curenți de înaltă frecvență. O atenție deosebită trebuie acordată faptului că condensatorul de bypass trebuie să treacă prin două căi atunci când conectează planul de putere și planul de masă, astfel încât inductanța parazită a căilor să crească exponențial.

În al patrulea rând, prin design în PCB de mare viteză

Prin analiza de mai sus a caracteristicilor parazitare ale vias, putem vedea că în proiectarea PCB de mare viteză, vias aparent simple aduc adesea efecte negative mari asupra designului circuitului. Pentru a reduce efectele adverse cauzate de efectele parazitare ale viasului, în proiectare se pot face următoarele:

1. Din perspectiva costului și a calității semnalului, selectați o dimensiune rezonabilă prin. De exemplu, pentru designul PCB al modulului de memorie cu 6-10 straturi, este mai bine să utilizați 10/20Mil (găurit/pad). Pentru unele plăci de dimensiuni mici de mare densitate, puteți încerca și să utilizați 8/18Mil. gaură. În condițiile tehnice actuale, este dificil să folosiți vias mai mici. Pentru căile de alimentare sau de împământare, puteți lua în considerare utilizarea unei dimensiuni mai mari pentru a reduce impedanța.

2. Cele două formule discutate mai sus se poate concluziona că utilizarea unui PCB mai subțire este favorabilă reducerii celor doi parametri paraziți ai via.

3. Încercați să nu modificați straturile urmelor de semnal de pe placa PCB, adică încercați să nu folosiți vias inutile.

4. Pinii de alimentare și de împământare trebuie să fie găuriți în apropiere, iar cablul dintre via și pin trebuie să fie cât mai scurt posibil, deoarece vor crește inductanța. În același timp, cablurile de alimentare și de masă ar trebui să fie cât mai groase posibil pentru a reduce impedanța.

5. Așezați niște conducte împământate în apropierea stratului de semnal pentru a oferi cea mai apropiată buclă pentru semnal. Este chiar posibil să plasați un număr mare de căi de împământare redundante pe placa PCB. Desigur, designul trebuie să fie flexibil. Modelul via discutat mai devreme este cazul în care există tampoane pe fiecare strat. Uneori, putem reduce sau chiar elimina tampoanele unor straturi. Mai ales atunci când densitatea de vias este foarte mare, poate duce la formarea unei caneluri de rupere care separă bucla în stratul de cupru. Pentru a rezolva această problemă, pe lângă mutarea poziției via, putem lua în considerare și plasarea via pe stratul de cupru. Dimensiunea tamponului este redusă.