Jeden. Základný koncept vias

Via je jednou z dôležitých súčastí viacvrstvová DPSa náklady na vŕtanie zvyčajne tvoria 30 % až 40 % výrobných nákladov PCB. Jednoducho povedané, každá diera na DPS sa dá nazvať prek.

Z hľadiska funkcie môžu byť priechody rozdelené do dvoch kategórií: jedna sa používa na elektrické spojenia medzi vrstvami; druhý sa používa na upevnenie alebo polohovanie zariadení.

Pokiaľ ide o proces, tieto priechody sú vo všeobecnosti rozdelené do troch kategórií, a to slepé priechody, zakopané priechody a priechodné priechody. Slepé otvory sú umiestnené na hornom a spodnom povrchu dosky plošných spojov a majú určitú hĺbku. Používajú sa na spojenie povrchovej línie a spodnej vnútornej línie. Hĺbka otvoru zvyčajne nepresahuje určitý pomer (otvor). Zasypaný otvor označuje spojovací otvor umiestnený vo vnútornej vrstve dosky plošných spojov, ktorý nezasahuje až po povrch dosky plošných spojov. Vyššie uvedené dva typy otvorov sú umiestnené vo vnútornej vrstve dosky s obvodmi a sú dokončené procesom vytvárania priechodných otvorov pred laminovaním a niekoľko vnútorných vrstiev sa môže prekrývať počas vytvárania priechodky. Tretí typ sa nazýva priechodný otvor, ktorý preniká celou doskou plošných spojov a možno ho použiť na vnútorné prepojenie alebo ako polohovací otvor na montáž súčiastok. Pretože je v procese jednoduchšie implementovať priechodný otvor a náklady sú nižšie, väčšina dosiek s plošnými spojmi ho používa namiesto ostatných dvoch typov priechodných otvorov. Nasledujúce priechodné otvory, pokiaľ nie je uvedené inak, sa považujú za priechodné otvory.

Z konštrukčného hľadiska sa premosťovanie skladá hlavne z dvoch častí, jednou je vyvŕtaný otvor v strede a druhou je oblasť podložky okolo vyvŕtaného otvoru. Veľkosť týchto dvoch častí určuje veľkosť priechodu. Je zrejmé, že vo vysokorýchlostnom dizajne PCB s vysokou hustotou dizajnéri vždy dúfajú, že čím menší je priechodný otvor, tým lepšie, takže na doske môže zostať viac miesta na zapojenie. Navyše, čím menší je priechodný otvor, tým je vlastná parazitná kapacita. Čím je menší, tým je vhodnejší na vysokorýchlostné okruhy. Zmenšenie veľkosti otvoru však tiež prináša zvýšenie nákladov a veľkosť priechodu nemožno zmenšovať donekonečna. Je obmedzený procesnými technológiami, ako je vŕtanie a pokovovanie: čím je otvor menší, tým je vrták Čím dlhšie otvor trvá, tým ľahšie sa odchyľuje od stredovej polohy; a keď hĺbka otvoru presahuje 6-násobok priemeru vyvŕtaného otvoru, nie je možné zaručiť, že stena otvoru môže byť rovnomerne pokrytá meďou. Napríklad hrúbka (hĺbka priechodného otvoru) bežnej 6-vrstvovej dosky plošných spojov je približne 50 miliónov, takže minimálny priemer vŕtania, ktorý môžu výrobcovia plošných spojov poskytnúť, môže dosiahnuť iba 8 miliónov.

Po druhé, parazitná kapacita priechodu

Samotný priechod má parazitnú kapacitu voči zemi. Ak je známe, že priemer izolačného otvoru na základnej vrstve priechodky je D2, priemer podložky pre priechod je D1, hrúbka dosky plošných spojov je T a dielektrická konštanta substrátu dosky je ε, veľkosť parazitnej kapacity priechodu je približne: C=1.41εTD1/(D2-D1) Parazitná kapacita priechodu spôsobí, že obvod predĺži čas nábehu signálu a zníži rýchlosť obvodu. Napríklad pre PCB s hrúbkou 50 Mil, ak sa použije priechod s vnútorným priemerom 10 Mil a priemerom podložky 20 Mil, a vzdialenosť medzi podložkou a uzemnenou medenou plochou je 32 Mil, potom môžeme aproximovať priechod pomocou vyššie uvedeného vzorca Parazitná kapacita je zhruba: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, zmena doby nábehu spôsobená touto časťou kapacity je: T10-90=2.2C(Z0 /2) = 2.2 x 0.517 x (55/2) = 31.28 ps. Z týchto hodnôt je zrejmé, že aj keď vplyv oneskorenia nábehu spôsobeného parazitnou kapacitou jedného priechodu nie je zrejmý, ak sa priechod použije viackrát v priebehu na prepínanie medzi vrstvami, dizajnér by mal stále zvážiť opatrne.

Po tretie, parazitná indukčnosť priechodu

Podobne existujú parazitné indukčnosti spolu s parazitnou kapacitou priechodov. Pri navrhovaní vysokorýchlostných digitálnych obvodov je poškodenie spôsobené parazitnou indukčnosťou priechodov často väčšie ako vplyv parazitnej kapacity. Jeho parazitná sériová indukčnosť oslabí príspevok obtokového kondenzátora a oslabí filtračný efekt celého energetického systému. Môžeme jednoducho vypočítať približnú parazitnú indukčnosť priechodu pomocou nasledujúceho vzorca: L=5.08h[ln(4h/d)+1] kde L znamená indukčnosť priechodu, h je dĺžka priechodu a d je stred Priemer otvoru. Zo vzorca je zrejmé, že priemer priechodu má malý vplyv na indukčnosť a dĺžka priechodu má najväčší vplyv na indukčnosť. Stále s použitím vyššie uvedeného príkladu možno indukčnosť priechodu vypočítať ako: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015 nH. Ak je čas nábehu signálu 1ns, potom jeho ekvivalentná impedancia je: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Takúto impedanciu už nemožno ignorovať pri prechode vysokofrekvenčných prúdov. Osobitná pozornosť by sa mala venovať skutočnosti, že pri pripájaní napájacej roviny a základnej roviny musí premosťovací kondenzátor prejsť cez dva priechody, takže parazitná indukčnosť priechodov sa exponenciálne zvýši.

Po štvrté, prostredníctvom dizajnu vo vysokorýchlostnej doske plošných spojov

Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy parazitných charakteristík priechodov môžeme vidieť, že vo vysokorýchlostnom dizajne PCB zdanlivo jednoduché priechody často prinášajú veľké negatívne účinky na dizajn obvodov. Aby sa znížili nepriaznivé účinky spôsobené parazitnými účinkami priechodov, v návrhu je možné urobiť nasledovné:

1. Z hľadiska ceny a kvality signálu vyberte primeranú veľkosť cez. Napríklad pre dizajn PCB 6-10 vrstvového pamäťového modulu je lepšie použiť 10/20Mil (vŕtané/podložkové) priechodky. Pre niektoré dosky malých rozmerov s vysokou hustotou môžete tiež skúsiť použiť 8/18 mil. diera. Za súčasných technických podmienok je ťažké použiť menšie prestupy. Pre napájacie alebo zemné priechody môžete zvážiť použitie väčšej veľkosti na zníženie impedancie.

2. Z dvoch vyššie diskutovaných vzorcov možno vyvodiť záver, že použitie tenšej dosky plošných spojov vedie k zníženiu dvoch parazitných parametrov priechodu.

3. Pokúste sa nemeniť vrstvy signálových stôp na doske PCB, to znamená, že nepoužívajte zbytočné priechody.

4. Napájacie a uzemňovacie kolíky by mali byť vyvŕtané v blízkosti a vedenie medzi priechodom a kolíkom by malo byť čo najkratšie, pretože zvýšia indukčnosť. Zároveň by mali byť napájacie a uzemňovacie vodiče čo najhrubšie, aby sa znížila impedancia.

5. Umiestnite niekoľko uzemnených priechodov blízko priechodov signálovej vrstvy, aby ste zabezpečili najbližšiu slučku pre signál. Na dosku PCB je dokonca možné umiestniť veľké množstvo nadbytočných uzemňovacích priechodov. Samozrejme, dizajn musí byť flexibilný. Model via diskutovaný vyššie je prípad, keď sú na každej vrstve podložky. Niekedy môžeme zmenšiť alebo dokonca odstrániť podložky niektorých vrstiev. Najmä ak je hustota priechodov veľmi vysoká, môže to viesť k vytvoreniu lomovej drážky, ktorá oddeľuje slučku v medenej vrstve. Na vyriešenie tohto problému môžeme okrem posunutia polohy prekovu zvážiť aj umiestnenie prekovu na medenú vrstvu. Veľkosť podložky je zmenšená.