Bir. Vias’ın temel konsepti

Via, önemli bileşenlerinden biridir. çok katmanlı PCBve delme maliyeti genellikle PCB üretim maliyetinin %30 ila %40’ını oluşturur. Basitçe söylemek gerekirse, PCB üzerindeki her deliğe yol adı verilebilir.

İşlev açısından, yollar iki kategoriye ayrılabilir: biri katmanlar arasındaki elektriksel bağlantılar için kullanılır; diğeri ise cihazları sabitlemek veya konumlandırmak için kullanılır.

Süreç açısından, bu yollar genellikle kör yol, gömülü yol ve geçiş yolu olmak üzere üç kategoriye ayrılır. Kör delikler baskılı devre kartının üst ve alt yüzeylerinde bulunur ve belirli bir derinliğe sahiptir. Yüzey çizgisini ve alttaki iç çizgiyi bağlamak için kullanılırlar. Deliğin derinliği genellikle belirli bir oranı (açıklık) geçmez. Gömülü delik, baskılı devre kartının iç tabakasında bulunan ve devre kartının yüzeyine uzanmayan bağlantı deliğini ifade eder. Yukarıda bahsedilen iki tip delik, devre kartının iç katmanında yer alır ve laminasyondan önce bir açık delik oluşturma işlemi ile tamamlanır ve yolun oluşumu sırasında birkaç iç katman üst üste gelebilir. Üçüncü tip, tüm devre kartına nüfuz eden ve dahili ara bağlantı için veya bileşen montaj konumlandırma deliği olarak kullanılabilen açık delik olarak adlandırılır. Açık deliğin proseste uygulanması daha kolay ve maliyeti daha düşük olduğundan, çoğu baskılı devre kartı diğer iki tip geçiş deliği yerine bunu kullanır. Aşağıdaki geçiş delikleri, aksi belirtilmedikçe geçiş delikleri olarak kabul edilir.

Tasarım açısından, bir geçiş esas olarak iki parçadan oluşur, biri ortadaki matkap deliği ve diğeri matkap deliğinin etrafındaki ped alanıdır. Bu iki parçanın boyutu, yolun boyutunu belirler. Açıkçası, yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu PCB tasarımında, tasarımcılar her zaman geçiş deliği ne kadar küçükse o kadar iyi olduğunu umarlar, böylece kartta daha fazla kablolama alanı bırakılabilir. Ek olarak, geçiş deliği ne kadar küçükse, kendi parazit kapasitansı da o kadar küçüktür. Ne kadar küçükse, yüksek hızlı devreler için o kadar uygundur. Ancak, delik boyutunun küçültülmesi aynı zamanda maliyette bir artışa neden olur ve geçişin boyutu sonsuza kadar azaltılamaz. Delme ve kaplama gibi proses teknolojileri ile sınırlıdır: delik ne kadar küçükse, matkap Delik ne kadar uzun sürerse, merkez konumundan sapmak o kadar kolay olur; ve deliğin derinliği, delinmiş deliğin çapının 6 katını aştığında, delik duvarının düzgün bir şekilde bakırla kaplanması garanti edilemez. Örneğin, normal bir 6 katmanlı PCB kartının kalınlığı (delik derinliği) yaklaşık 50 Milyondur, bu nedenle PCB üreticilerinin sağlayabileceği minimum delme çapı sadece 8 Milyona ulaşabilir.

İkincisi, yolun parazitik kapasitansı

Yolun kendisi toprak için parazitik bir kapasitansa sahiptir. Yolun zemin katmanındaki izolasyon deliğinin çapının D2 olduğu biliniyorsa, yol pedinin çapı D1’dir, PCB kartının kalınlığı T ve levha alt tabakasının dielektrik sabiti ε’dir, yolun parazitik kapasitansının boyutu yaklaşık olarak: C=1.41εTD1/(D2-D1) Yolun parazitik kapasitansı, devrenin sinyalin yükselme süresini uzatmasına ve devrenin hızını düşürmesine neden olacaktır. Örneğin, 50Mil kalınlığında bir PCB için, iç çapı 10Mil ve ped çapı 20Mil olan bir yol kullanılıyorsa ve ped ile toprak bakır alanı arasındaki mesafe 32Mil ise, yolu yaklaşık olarak tahmin edebiliriz. yukarıdaki formülü kullanarak Parazitik kapasitans kabaca: C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, kapasitansın bu bölümünün neden olduğu yükselme süresi değişikliği: T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Bu değerlerden, tek bir yolun parazitik kapasitansının neden olduğu yükselme gecikmesinin etkisi açık olmasa da, yol, katmanlar arasında geçiş yapmak için izde birden çok kez kullanılıyorsa, tasarımcının yine de dikkate alması gerektiği görülebilir. dikkatlice.

Üçüncüsü, yolun parazitik endüktansı

Benzer şekilde, yolların parazitik kapasitansı ile birlikte parazit endüktansları da vardır. Yüksek hızlı dijital devrelerin tasarımında, yolların parazitik endüktansının neden olduğu zarar, genellikle parazitik kapasitansın etkisinden daha büyüktür. Parazitik seri endüktansı, baypas kapasitörünün katkısını zayıflatacak ve tüm güç sisteminin filtreleme etkisini zayıflatacaktır. Bir yolun yaklaşık parazitik endüktansını aşağıdaki formülle basitçe hesaplayabiliriz: L=5.08h[ln(4h/d)+1] burada L yolun endüktansını ifade eder, h yolun uzunluğudur ve d merkezdir Deliğin çapı. Yolun çapının endüktans üzerinde küçük bir etkiye sahip olduğu ve yolun uzunluğunun endüktans üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu formülden görülebilir. Yine yukarıdaki örneği kullanarak, yolun endüktansı şu şekilde hesaplanabilir: L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH. Sinyalin yükselme süresi 1ns ise, eşdeğer empedansı: XL=πL/T10-90=3.19Ω olur. Yüksek frekanslı akımlar geçtiğinde bu empedans artık göz ardı edilemez. Güç düzlemi ve yer düzlemi bağlanırken baypas kondansatörünün iki yoldan geçmesi gerektiği gerçeğine özellikle dikkat edilmelidir, böylece yolların parazitik endüktansı katlanarak artacaktır.

Dördüncüsü, yüksek hızlı PCB’de tasarım yoluyla

Yolların parazitik özelliklerinin yukarıdaki analizi sayesinde, yüksek hızlı PCB tasarımında, görünüşte basit yolların genellikle devre tasarımına büyük olumsuz etkiler getirdiğini görebiliriz. Viasların parazit etkilerinden kaynaklanan olumsuz etkileri azaltmak için tasarımda şunlar yapılabilir:

1. Maliyet ve sinyal kalitesi açısından makul bir boyut seçin. Örneğin, 6-10 katmanlı bellek modülü PCB tasarımı için 10/20Mil (delinmiş/ped) yollarının kullanılması daha iyidir. Bazı yüksek yoğunluklu küçük boyutlu panolar için 8/18Mil kullanmayı da deneyebilirsiniz. delik. Mevcut teknik koşullar altında, daha küçük yolların kullanılması zordur. Güç veya toprak geçişleri için empedansı azaltmak için daha büyük bir boyut kullanmayı düşünebilirsiniz.

2. Yukarıda tartışılan iki formül, daha ince bir PCB kullanımının, yolun iki parazitik parametresini azaltmaya elverişli olduğu sonucuna varılabilir.

3. PCB kartı üzerindeki sinyal izlerinin katmanlarını değiştirmemeye, yani gereksiz vialar kullanmamaya çalışın.

4. Güç ve topraklama pimleri yakına delinmeli ve endüktansı artıracağından, yol ile pim arasındaki kablo mümkün olduğunca kısa olmalıdır. Aynı zamanda, empedansı azaltmak için güç ve toprak kabloları mümkün olduğunca kalın olmalıdır.

5. Sinyal için en yakın döngüyü sağlamak için bazı topraklanmış yolları sinyal katmanının yollarının yanına yerleştirin. PCB kartına çok sayıda yedekli toprak yolu yerleştirmek bile mümkündür. Tabii ki, tasarımın esnek olması gerekiyor. Daha önce tartışılan geçiş modeli, her katmanda pedlerin olduğu durumdur. Bazen bazı katmanların pedlerini azaltabilir hatta kaldırabiliriz. Özellikle viyollerin yoğunluğunun çok yüksek olduğu durumlarda bakır tabakada ilmeği ayıran bir kırılma oluğu oluşmasına neden olabilir. Bu sorunu çözmek için, yolun konumunu taşımanın yanı sıra, yolu bakır tabaka üzerine yerleştirmeyi de düşünebiliriz. Ped boyutu küçültülür.