Një. Koncepti themelor i vias

Via është një nga komponentët e rëndësishëm të PCB me shumë shtresa, dhe kostoja e shpimit zakonisht përbën 30% deri në 40% të kostos së prodhimit të PCB-ve. E thënë thjesht, çdo vrimë në PCB mund të quhet një via.

Nga pikëpamja e funksionit, viat mund të ndahen në dy kategori: njëra përdoret për lidhjet elektrike ndërmjet shtresave; tjetra përdoret për fiksimin ose pozicionimin e pajisjeve.

Për sa i përket procesit, këto via përgjithësisht ndahen në tre kategori, përkatësisht via të verbër, via të varrosura dhe via përmes viave. Vrimat e verbër janë të vendosura në sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të tabelës së qarkut të printuar dhe kanë një thellësi të caktuar. Ato përdoren për të lidhur vijën sipërfaqësore dhe vijën e brendshme themelore. Thellësia e vrimës zakonisht nuk kalon një raport të caktuar (hapje). Vrima e varrosur i referohet vrimës së lidhjes që ndodhet në shtresën e brendshme të tabelës së qarkut të printuar, e cila nuk shtrihet në sipërfaqen e tabelës së qarkut. Dy llojet e vrimave të sipërpërmendura janë të vendosura në shtresën e brendshme të tabelës së qarkut dhe përfundojnë me një proces formimi përmes vrimave përpara petëzimit, dhe disa shtresa të brendshme mund të mbivendosen gjatë formimit të visë. Lloji i tretë quhet një vrimë përmes, e cila depërton në të gjithë bordin e qarkut dhe mund të përdoret për ndërlidhje të brendshme ose si një vrimë pozicionimi për montimin e komponentëve. Për shkak se vrima e kalimit është më e lehtë për t’u zbatuar në proces dhe kostoja është më e ulët, shumica e bordeve të qarkut të printuar e përdorin atë në vend të dy llojeve të tjera të vrimave. Vrimat e mëposhtme, përveç rasteve kur specifikohet ndryshe, konsiderohen si vrima via.

Nga pikëpamja e projektimit, një via përbëhet kryesisht nga dy pjesë, njëra është vrima e shpimit në mes dhe tjetra është zona e jastëkut rreth vrimës së shpimit. Madhësia e këtyre dy pjesëve përcakton madhësinë e via. Natyrisht, në dizajnin e PCB-ve me shpejtësi të lartë dhe me densitet të lartë, projektuesit gjithmonë shpresojnë që sa më e vogël të jetë vrima e hyrjes, aq më mirë, në mënyrë që të lihet më shumë hapësirë ​​për instalime elektrike në tabelë. Për më tepër, sa më e vogël të jetë vrima e rrugës, kapaciteti parazitar i vetin. Sa më i vogël të jetë, aq më i përshtatshëm është për qarqet me shpejtësi të lartë. Megjithatë, zvogëlimi i madhësisë së vrimës sjell edhe një rritje të kostos dhe madhësia e vias nuk mund të zvogëlohet pafundësisht. Kufizohet nga teknologjitë e procesit të tilla si shpimi dhe shtrimi: sa më e vogël të jetë vrima, shpimi Sa më gjatë të zgjasë vrima, aq më e lehtë është të devijoni nga pozicioni qendror; dhe kur thellësia e vrimës tejkalon 6 herë diametrin e vrimës së shpuar, nuk mund të garantohet që muri i vrimës mund të jetë i veshur në mënyrë uniforme me bakër. Për shembull, trashësia (përmes thellësisë së vrimës) e një pllake normale PCB me 6 shtresa është rreth 50 Mil, kështu që diametri minimal i shpimit që mund të ofrojnë prodhuesit e PCB-ve mund të arrijë vetëm 8 Mil.

Së dyti, kapaciteti parazitar i via

Vetë via ka një kapacitet parazitar në tokë. Nëse dihet se diametri i vrimës së izolimit në shtresën tokësore të via është D2, diametri i jastëkut të via është D1, trashësia e pllakës PCB është T dhe konstanta dielektrike e nënshtresës së pllakës është ε, madhësia e kapacitetit parazitar të vias është afërsisht: C=1.41εTD1/(D2-D1) Kapaciteti parazitar i vias do të bëjë që qarku të zgjasë kohën e ngritjes së sinjalit dhe të zvogëlojë shpejtësinë e qarkut. Për shembull, për një PCB me trashësi 50 Mil, nëse përdoret një via me një diametër të brendshëm 10 Mil dhe një diametër jastëk prej 20 Mil, dhe distanca midis tastierës dhe sipërfaqes së bakrit të bluar është 32 Mil, atëherë mund të përafrojmë via duke përdorur formulën e mësipërme Kapaciteti parazitar është afërsisht: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, ndryshimi i kohës së ngritjes së shkaktuar nga kjo pjesë e kapacitetit është: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28 ps. Nga këto vlera mund të shihet se megjithëse efekti i vonesës së ngritjes së shkaktuar nga kapaciteti parazitar i një via të vetme nuk është i dukshëm, nëse via përdoret shumë herë në gjurmë për të kaluar midis shtresave, projektuesi duhet të marrë parasysh me kujdes.

Së treti, induktanca parazitare e via

Në mënyrë të ngjashme, ka induktanca parazitare së bashku me kapacitetin parazitar të vias. Në projektimin e qarqeve dixhitale me shpejtësi të lartë, dëmi i shkaktuar nga induktiviteti parazitar i vias është shpesh më i madh se ndikimi i kapacitetit parazitar. Induktiviteti i serisë së tij parazitare do të dobësojë kontributin e kondensatorit të anashkalimit dhe do të dobësojë efektin filtrues të të gjithë sistemit të energjisë. Ne thjesht mund të llogarisim induktancën e përafërt parazitare të një via me formulën e mëposhtme: L=5.08h[ln(4h/d)+1] ku L i referohet induktivitetit të via-së, h është gjatësia e via-së dhe d është qendra Diametri i vrimës. Nga formula mund të shihet se diametri i via-s ka një ndikim të vogël në induktivitetin, dhe gjatësia e vi-së ka ndikimin më të madh në induktivitetin. Ende duke përdorur shembullin e mësipërm, induktiviteti i via-së mund të llogaritet si: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Nëse koha e ngritjes së sinjalit është 1ns, atëherë impedanca ekuivalente e tij është: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Një impedancë e tillë nuk mund të injorohet më kur kalojnë rrymat me frekuencë të lartë. Vëmendje e veçantë duhet t’i kushtohet faktit që kondensatori i anashkalimit duhet të kalojë nëpër dy viza kur lidh rrafshin e fuqisë dhe rrafshin e tokës, në mënyrë që induktiviteti parazitar i viave të rritet në mënyrë eksponenciale.

Së katërti, nëpërmjet projektimit në PCB me shpejtësi të lartë

Nëpërmjet analizës së mësipërme të karakteristikave parazitare të vias, mund të shohim se në dizajnimin e PCB-ve me shpejtësi të lartë, via në dukje të thjeshta shpesh sjellin efekte të mëdha negative në dizajnimin e qarkut. Për të reduktuar efektet negative të shkaktuara nga efektet parazitare të vias, mund të bëhet sa më poshtë në dizajn:

1. Nga këndvështrimi i kostos dhe cilësisë së sinjalit, zgjidhni një madhësi të arsyeshme nëpërmjet. Për shembull, për dizajnin e PCB-ve të modulit të memories me 6-10 shtresa, është më mirë të përdorni via 10/20 Mil (shpuar/jastëk). Për disa pllaka me përmasa të vogla me densitet të lartë, mund të provoni gjithashtu të përdorni 8/18 Mil. vrimë. Në kushtet aktuale teknike, është e vështirë të përdoren via më të vogla. Për kalimin e energjisë ose tokës, mund të konsideroni përdorimin e një madhësie më të madhe për të reduktuar rezistencën.

2. Dy formulat e diskutuara më sipër mund të konkludohet se përdorimi i një PCB më të hollë është i favorshëm për reduktimin e dy parametrave parazitarë të via.

3. Mundohuni të mos ndryshoni shtresat e gjurmëve të sinjalit në tabelën e PCB-së, domethënë, përpiquni të mos përdorni via të panevojshme.

4. Kunjat e fuqisë dhe tokëzimit duhet të shpohen afër, dhe kalimi midis visë dhe kunjit duhet të jetë sa më i shkurtër që të jetë e mundur, sepse ato do të rrisin induktivitetin. Në të njëjtën kohë, prizat e fuqisë dhe tokëzimit duhet të jenë sa më të trasha që të jetë e mundur për të reduktuar rezistencën.

5. Vendosni disa via të tokëzuara pranë vizave të shtresës së sinjalit për të siguruar qarkun më të afërt për sinjalin. Madje është e mundur të vendosni një numër të madh viash tokësore të tepërta në tabelën e PCB-së. Sigurisht, dizajni duhet të jetë fleksibël. Modeli via i diskutuar më parë është rasti kur ka jastëkë në secilën shtresë. Ndonjëherë, ne mund të zvogëlojmë ose madje të heqim jastëkët e disa shtresave. Sidomos kur dendësia e viave është shumë e lartë, mund të çojë në formimin e një brazdë thyerjeje që ndan lakun në shtresën e bakrit. Për të zgjidhur këtë problem, përveç lëvizjes së pozicionit të vias, mund të shqyrtojmë edhe vendosjen e visë në shtresën e bakrit. Madhësia e jastëkut është zvogëluar.