Ett. Grundkonceptet för vias

Via är en av de viktiga komponenterna i flerskikts -kretskort, och kostnaden för borrning står vanligtvis för 30% till 40% av PCB-tillverkningskostnaden. Enkelt uttryckt kan varje hål på kretskortet kallas en via.

Ur funktionssynpunkt kan vias delas in i två kategorier: en används för elektriska anslutningar mellan lager; den andra används för fixerings- eller positioneringsanordningar.

När det gäller process är dessa vior generellt indelade i tre kategorier, nämligen blinda vior, begravda vior och genomgående vior. Blindhål finns på kretskortets övre och undre yta och har ett visst djup. De används för att koppla samman ytlinjen och den underliggande innerlinjen. Hålets djup överstiger vanligtvis inte ett visst förhållande (öppning). Nedgrävt hål hänvisar till anslutningshålet som finns i det inre lagret av det tryckta kretskortet, vilket inte sträcker sig till kretskortets yta. De ovan nämnda två typerna av hål är belägna i det inre skiktet av kretskortet och fullbordas med en genomgående hålformningsprocess före laminering, och flera inre skikt kan överlappas under bildandet av genomgången. Den tredje typen kallas ett genomgående hål, som penetrerar hela kretskortet och kan användas för intern sammankoppling eller som ett komponentmonteringspositioneringshål. Eftersom det genomgående hålet är lättare att implementera i processen och kostnaden är lägre, använder de flesta kretskort det istället för de andra två typerna av viahål. Följande genomgångshål, om inte annat anges, betraktas som viahål.

Ur designsynpunkt är en via huvudsakligen sammansatt av två delar, den ena är borrhålet i mitten och den andra är kuddområdet runt borrhålet. Storleken på dessa två delar avgör storleken på via. Uppenbarligen hoppas designers alltid i höghastighets- och högdensitetsmönsterkortsdesign att ju mindre genomgångshålet är, desto bättre, så att mer ledningsutrymme kan lämnas på kortet. Dessutom, ju mindre genomgångshålet är, dess egen parasitiska kapacitans. Ju mindre den är, desto mer lämplig är den för höghastighetskretsar. Minskningen av hålstorleken medför emellertid också en kostnadsökning, och storleken på genomgången kan inte minskas på obestämd tid. Det begränsas av processteknologier som borrning och plätering: ju mindre hålet är borren Ju längre tid hålet tar, desto lättare är det att avvika från mittläget; och när hålets djup överstiger 6 gånger diametern på det borrade hålet kan det inte garanteras att hålväggen kan pläteras likformigt med koppar. Till exempel är tjockleken (genom håldjupet) på ett normalt 6-lagers PCB-kort cirka 50Mil, så den minsta borrdiameter som PCB-tillverkare kan tillhandahålla kan bara nå 8Mil.

För det andra, den parasitiska kapacitansen hos via

Via själv har en parasitisk kapacitans till jord. Om det är känt att diametern på isoleringshålet på jordskiktet av via är D2, diametern på via pad är D1, tjockleken på PCB-kortet är T, och den dielektriska konstanten för kortsubstratet är ε, storleken på den parasitiska kapacitansen för via:n är ungefär: C=1.41εTD1/(D2-D1) Den parasitiska kapacitansen hos vian kommer att få kretsen att förlänga stigtiden för signalen och minska kretsens hastighet. Till exempel, för ett PCB med en tjocklek på 50Mil, om en via med en innerdiameter på 10Mil och en dynadiameter på 20Mil används, och avståndet mellan dynan och det slipade kopparområdet är 32Mil, då kan vi approximera via med ovanstående formel. Den parasitiska kapacitansen är ungefär: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, stigtidsförändringen som orsakas av denna del av kapacitansen är: T10-90=2.2C(Z0) /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Det kan ses från dessa värden att även om effekten av stigningsfördröjningen orsakad av den parasitiska kapacitansen hos en enda via inte är uppenbar, om via används flera gånger i spåret för att växla mellan lager, bör designern ändå överväga noggrant.

För det tredje, den parasitiska induktansen av via

På liknande sätt finns det parasitiska induktanser tillsammans med den parasitiska kapacitansen hos viorna. Vid utformningen av digitala höghastighetskretsar är skadan som orsakas av den parasitära induktansen hos viaorna ofta större än påverkan av den parasitiska kapacitansen. Dess parasitiska serieinduktans kommer att försvaga bidraget från bypass-kondensatorn och försvaga filtreringseffekten för hela kraftsystemet. Vi kan helt enkelt beräkna den ungefärliga parasitiska induktansen för en via med följande formel: L=5.08h[ln(4h/d)+1] där L avser induktansen för via, h är längden på via, och d är centrum Hålets diameter. Det kan ses av formeln att diametern på vian har en liten inverkan på induktansen, och längden på vian har störst inverkan på induktansen. Fortfarande genom att använda exemplet ovan, kan induktansen för vian beräknas som: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Om stigtiden för signalen är 1ns, är dess ekvivalenta impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. Sådan impedans kan inte längre ignoreras när högfrekventa strömmar passerar. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det faktum att förbikopplingskondensatorn måste passera genom två vior när du ansluter kraftplanet och jordplanet, så att den parasitära induktansen hos viorna kommer att öka exponentiellt.

För det fjärde, via design i höghastighetskretskort

Genom ovanstående analys av de parasitära egenskaperna hos vias kan vi se att i höghastighets-PCB-design ger till synes enkla vias ofta stora negativa effekter på kretsdesign. För att minska de negativa effekterna som orsakas av de parasitiska effekterna av viaorna kan följande göras i designen:

1. Ur kostnads- och signalkvalitetsperspektiv, välj en rimlig storlek via. Till exempel, för 6-10 lagers minnesmodul PCB design, är det bättre att använda 10/20Mil (borrade/pad) vias. För vissa högdensitetsbrädor i liten storlek kan du också prova att använda 8/18Mil. hål. Under rådande tekniska förhållanden är det svårt att använda mindre vias. För ström- eller jordvias kan du överväga att använda en större storlek för att minska impedansen.

2. De två formlerna som diskuterats ovan kan dras slutsatsen att användningen av ett tunnare PCB bidrar till att reducera de två parasitära parametrarna för via.

3. Försök att inte ändra lagren av signalspåren på PCB-kortet, det vill säga försök att inte använda onödiga vias.

4. Ström- och jordstiften bör borras i närheten, och ledningen mellan via och stift bör vara så kort som möjligt, eftersom de kommer att öka induktansen. Samtidigt bör ström- och jordledningarna vara så tjocka som möjligt för att minska impedansen.

5. Placera några jordade vias nära signallagrets vias för att ge den närmaste slingan för signalen. Det är till och med möjligt att placera ett stort antal redundanta jordvias på PCB-kortet. Självklart måste designen vara flexibel. Via-modellen som diskuterades tidigare är fallet där det finns kuddar på varje lager. Ibland kan vi minska eller till och med ta bort kuddarna på vissa lager. Speciellt när tätheten av vias är mycket hög kan det leda till att det bildas ett brytspår som separerar slingan i kopparskiktet. För att lösa detta problem kan vi, förutom att flytta vias position, även överväga att placera viaan på kopparskiktet. Kuddstorleken minskas.