รูทะลุ (VIA) เป็นส่วนสำคัญของ PCB หลายชั้นและค่าใช้จ่ายในการเจาะรูมักจะคิดเป็น 30% ถึง 40% ของต้นทุนการผลิตแผ่น PCB พูดง่ายๆ ทุกรูบน PCB สามารถเรียกได้ว่าเป็นรูทะลุ ในแง่ของการทำงาน รูสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: หนึ่งใช้สำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้น อีกอันหนึ่งใช้สำหรับการตรึงอุปกรณ์หรือการวางตำแหน่ง

ในแง่ของกระบวนการ รูทะลุเหล่านี้โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ แบบตาบอดทาง ฝังทางและทางผ่าน รูบอดอยู่ที่พื้นผิวด้านบนและด้านล่างของแผงวงจรพิมพ์และมีความลึกที่แน่นอนสำหรับเชื่อมต่อวงจรพื้นผิวกับวงจรด้านในด้านล่าง ความลึกของรูมักจะไม่เกินอัตราส่วนที่แน่นอน (รูรับแสง) รูฝังเป็นรูเชื่อมต่อในชั้นในของแผงวงจรพิมพ์ที่ไม่ขยายไปถึงพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ The two types of holes are located in the inner layer of the circuit board, which is completed by the through-hole molding process before lamination, and several inner layers may be overlapped during the formation of the through-hole. ประเภทที่สาม เรียกว่ารูทะลุ (through-holes) จะวิ่งผ่านแผงวงจรทั้งหมด และสามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อภายในหรือเป็นรูสำหรับติดตั้งและระบุตำแหน่งสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เนื่องจากรูเจาะทะลุได้ง่ายกว่าในกระบวนการ จึงมีต้นทุนต่ำกว่า ดังนั้นจึงใช้แผงวงจรพิมพ์ส่วนใหญ่ แทนที่จะใช้รูทะลุอีกสองประเภท รูทะลุต่อไปโดยไม่มีคำอธิบายพิเศษให้ถือเป็นรูทะลุ

คุณรู้จักรูออกแบบ PCB มากแค่ไหน

จากมุมมองของการออกแบบ รูเจาะทะลุส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งคือรูเจาะที่อยู่ตรงกลาง และอีกส่วนหนึ่งคือพื้นที่แผ่นรอบรูเจาะ ดังแสดงในรูปด้านล่าง ขนาดของทั้งสองส่วนนี้จะกำหนดขนาดของรูทะลุ เห็นได้ชัดว่าในการออกแบบ PCB ที่มีความหนาแน่นและความเร็วสูง ผู้ออกแบบมักต้องการให้รูมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวอย่างนี้สามารถปล่อยพื้นที่เดินสายได้มากขึ้น นอกจากนี้ รูที่เล็กกว่า ความจุกาฝากของตัวเองก็เล็กลง มากขึ้น เหมาะสำหรับวงจรความเร็วสูง แต่ขนาดรูที่ลดลงไปพร้อม ๆ กันก็ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น และขนาดของรูก็ลดลงอย่างไม่มีขีดจำกัด มันถูกจำกัดด้วยการเจาะ (เจาะ) และการชุบ (plating) และเทคโนโลยีอื่นๆ: ยิ่งรูเล็กเท่าไหร่ ใช้เวลาในการเจาะนานขึ้นทำให้เบี่ยงเบนจากศูนย์กลางได้ง่ายขึ้น เมื่อความลึกของรูมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูมากกว่า 6 เท่า เป็นไปไม่ได้ที่จะรับประกันการชุบทองแดงที่สม่ำเสมอของผนังรู ตัวอย่างเช่น ความหนาปกติในปัจจุบัน (ผ่านความลึกของรู) ของบอร์ด PCB 6 ชั้นคือประมาณ 50Mil ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางการเจาะขั้นต่ำที่ผู้ผลิต PCB สามารถให้ได้นั้นสามารถเข้าถึงได้ถึง 8Mil เท่านั้น ความจุกาฝากของรูนั้นอยู่ที่พื้น ถ้าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูแยกคือ D2 เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นรูคือ D1 ความหนาของบอร์ด PCB คือ T และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของพื้นผิวคือ ε, ความจุปรสิตของรูอยู่ที่ประมาณ: C=1.41εTD1/ (D2-D1)

The main effect of parasitic capacitance on the circuit is to prolong the signal rise time and reduce the circuit speed. ตัวอย่างเช่น สำหรับบอร์ด PCB ที่มีความหนา 50Mil หากเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของรูคือ 10Mil เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นคือ 20Mil และระยะห่างระหว่างแผ่นกับพื้นทองแดงคือ 32Mil เราสามารถประมาณความจุกาฝาก ของหลุมโดยใช้สูตรข้างต้น: C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.032-0.020) =0.517pF ความแปรผันของเวลาที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากความจุส่วนนี้คือ: T10-90=2.2C (Z0/2) =2.2×0.517x (55/ 2) =31.28ps. จากค่าเหล่านี้ เป็นที่ชัดเจนว่าแม้ว่าผลกระทบของความจุกาฝากจากรูเดียวในการหน่วงเวลาเพิ่มขึ้นจะไม่ชัดเจน นักออกแบบควรระมัดระวังหากใช้หลายรูในการสลับเลเยอร์ต่อเลเยอร์

ในการออกแบบวงจรดิจิตอลความเร็วสูง การเหนี่ยวนำกาฝากของการเหนี่ยวนำกาฝากผ่านรูมักจะมากกว่าผลกระทบของความจุกาฝาก การเหนี่ยวนำอนุกรมกาฝากของมันจะทำให้การมีส่วนร่วมของความจุบายพาสลดลงและลดประสิทธิภาพการกรองของระบบไฟฟ้าทั้งหมด เราสามารถคำนวณค่าความเหนี่ยวนำกาฝากของการประมาณรูทะลุโดยใช้สูตรต่อไปนี้: L=5.08h [ln (4h/d) +1] โดยที่ L หมายถึงค่าความเหนี่ยวนำผ่านรู h คือความยาวของรู- รู และ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของรูตรงกลาง จากสมการจะเห็นได้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูมีอิทธิพลน้อยต่อการเหนี่ยวนำ ในขณะที่ความยาวของรูมีอิทธิพลมากที่สุดต่อการเหนี่ยวนำ ยังคงใช้ตัวอย่างข้างต้น การเหนี่ยวนำออกจากรูสามารถคำนวณได้เป็น L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh หากเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณคือ 1ns ดังนั้นขนาดอิมพีแดนซ์ที่เทียบเท่าคือ: XL=πL/T10-90=3.19 ω ไม่สามารถละเลยอิมพีแดนซ์นี้ได้เมื่อมีกระแสความถี่สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คาปาซิเตอร์บายพาสต้องผ่านสองรูเพื่อเชื่อมต่อชั้นอุปทานกับชั้นหิน ดังนั้นจึงเพิ่มการเหนี่ยวนำกาฝากของรูเป็นสองเท่า

จากการวิเคราะห์ลักษณะปรสิตของรูข้างต้น เราจะเห็นได้ว่าในการออกแบบ PCB ความเร็วสูง รูที่ดูเหมือนเรียบง่ายมักจะส่งผลเสียต่อการออกแบบวงจรอย่างมาก เพื่อลดผลกระทบจากปรสิตของรู เราสามารถทำได้มากที่สุดในการออกแบบ: 1. จากสองด้านของต้นทุนและคุณภาพสัญญาณ เลือกขนาดที่เหมาะสมของรู ตัวอย่างเช่นสำหรับการออกแบบ PCB โมดูลหน่วยความจำ 6-10 ชั้นจะดีกว่าที่จะเลือก 10/20mil (เจาะ / แผ่น) ผ่านรูสำหรับบอร์ดขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นสูงคุณสามารถลองใช้ 8/18mil ได้ หลุม. ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน การใช้รูที่เล็กกว่าย่อมทำได้ยาก สำหรับแหล่งจ่ายไฟหรือสายกราวด์ผ่านรูอาจพิจารณาใช้ขนาดที่ใหญ่กว่าเพื่อลดอิมพีแดนซ์

2. สูตรทั้งสองที่กล่าวถึงข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการใช้แผ่น PCB ที่บางกว่าช่วยลดพารามิเตอร์ปรสิตสองตัวผ่านรู

3. การเดินสายสัญญาณบนบอร์ด PCB ไม่ควรเปลี่ยนเลเยอร์ให้มากที่สุด กล่าวคือ พยายามอย่าใช้รูที่ไม่จำเป็น

4. ควรเจาะหมุดของแหล่งจ่ายไฟและพื้นดินในบริเวณใกล้เคียง ยิ่งตะกั่วระหว่างหมุดกับรูสั้นเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเพราะจะนำไปสู่การเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน สายไฟและสายดินควรหนาที่สุดเพื่อลดอิมพีแดนซ์

5. วางรูกราวด์ไว้ใกล้กับรูของชั้นสัญญาณที่เปลี่ยนไปเพื่อให้มีลูปที่ใกล้ที่สุดสำหรับสัญญาณ คุณสามารถใส่รูกราวด์เพิ่มเติมจำนวนมากบน PCB ได้ แน่นอน คุณต้องมีความยืดหยุ่นในการออกแบบของคุณ รูปแบบการเจาะทะลุที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นสถานการณ์ที่มีแผ่นรองในแต่ละชั้น บางครั้งเราสามารถลดหรือถอดแผ่นอิเล็กโทรดในบางชั้นได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ความหนาแน่นของรูมีขนาดใหญ่มาก อาจทำให้เกิดร่องวงจรในชั้นทองแดงเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว นอกเหนือจากการย้ายตำแหน่งของรู เรายังพิจารณารู ในชั้นทองแดงเพื่อลดขนาดของแผ่น