PCB via delning av designkunskaper

Via är en av de viktiga komponenterna i flerskikts-PCB, och kostnaden för borrning står vanligtvis för 30% till 40% av kostnaden för PCB-tillverkning. Enkelt uttryckt, varje hål på kretskortet kan 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 delas vias i allmänhet in i tre kategorier, nämligen blind vias, buried vias och through vias.

Persienner är placerade på de övre och nedre ytorna på kretskortet och har ett visst djup. De används för att koppla ihop ytlinjen och den underliggande inre linjen. Hålets djup överstiger vanligtvis inte ett visst förhållande (bländare). Begravt hål avser anslutningshålet som ligger i det inre lagret av kretskortet, som inte sträcker sig till kretskortets yta. De ovan nämnda två typerna av hål är belägna i det inre lagret av kretskortet och kompletteras med en genomgående hålbildningsprocess före laminering, och flera inre lager kan överlappas under bildandet av via. Den tredje typen kallas ett genomgående hål, som tränger in i hela kretskortet och kan användas för intern sammankoppling eller som ett positioneringshål för komponentmontering. Eftersom det genomgående hålet är lättare att realisera i processen och kostnaden är lägre, används det i de flesta kretskort istället för de andra två typerna av genomgående hål. De viahål som nämns nedan, om inte annat anges, betraktas som viahål.

1. Ur designsynpunkt består en via huvudsakligen av två delar, den ena är borrhålet i mitten och den andra är dynområdet runt borrhålet. Storleken på dessa två delar bestämmer storleken på via. Uppenbarligen, i höghastighets, högdensitets PCB-design, hoppas designers alltid att ju mindre viahålet är, desto bättre, så att mer ledningsutrymme kan lämnas på kortet. Dessutom, ju mindre viahålet är, desto mer parasitär kapacitansen av sig själv. Ju mindre den är, desto mer lämplig är den för höghastighetskretsar. Minskningen av hålstorleken medför dock också en ökning av kostnaderna, och storleken på antalet hålflaskor kan inte minskas i all oändlighet. Det begränsas av processteknik som borrning och plätering: ju mindre hålet är, desto mer borrning 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 jämnt med koppar. Till exempel, tjockleken (genom håldjupet) på ett normalt 6-lagers kretskort är cirka 50Mil, så den minsta borrdiametern som PCB-tillverkare kan tillhandahålla kan bara nå 8Mil.

För det andra har den parasitiska kapacitansen hos själva viahålet en parasitisk kapacitans till marken. Om det är känt att diametern på isoleringshålet på jordskiktet på via är D2, är diametern på via-plattan D1, och tjockleken på PCB-kortet är T, är den dielektriska konstanten för kortsubstratet ε, och den parasitiska kapacitansen för via är ungefär: C=1.41εTD1/(D2-D1) Den huvudsakliga effekten av parasitkapacitansen hos via på kretsen är att förlänga stigtiden för signalen och minska kretsens hastighet. Till exempel, för ett kretskort med en tjocklek på 50Mil, om en via med en innerdiameter på 10Mil och en dyndiameter på 20Mil används, och avståndet mellan dynan och jordkoppararean är 32Mil, då kan vi approximera via med hjälp av ovanstående formel Parasitkapacitansen är ungefär: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(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 stigfördröjningen som orsakas av parasitkapacitansen hos en enda via inte är uppenbar, om via används flera gånger i spåret för att växla mellan lager, bör konstruktören fortfarande överväga noggrant.

3. Parasitisk induktans av vias På samma sätt finns det parasitiska induktanser tillsammans med parasitkapacitanser i vias. Vid konstruktion av digitala höghastighetskretsar är skadan som orsakas av parasitinduktanser hos vias ofta större än effekten av parasitkapacitans. 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 hänvisar till induktansen av via, h är längden på via och d är centrum Hålets diameter. Det kan ses från formeln att diametern på via har ett litet inflytande på induktansen, och längden på via har störst inflytande på induktansen. Med hjälp av exemplet ovan kan induktansen för via beräknas som: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH. Om signalens stigtid är 1ns, är dess ekvivalenta impedans: XL=πL/T10-90=3.19Ω. En sådan impedans kan inte längre ignoreras när högfrekvent ström passerar. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det faktum att bypass-kondensatorn måste passera genom två vior när strömskiktet och jordskiktet ansluts, så att den parasitiska induktansen av via fördubblas.

4. Via design i höghastighets PCB. Genom ovanstående analys av de parasitiska egenskaperna hos vias, kan vi se att i höghastighets PCB-design, till synes enkla vias ofta ger stora nackdelar till kretsdesign. effekt. För att minska de negativa effekterna som orsakas av de parasitiska effekterna av vias, kan följande göras i designen så mycket som möjligt:

1. Från de två aspekterna av kostnad och signalkvalitet, välj en rimlig storlek på vias. Till exempel, för 6-10 lagers minnesmodul PCB-design, är det bättre att använda 10/20Mil (borrad/pad) vias. För vissa brädor med hög densitet i liten storlek kan du också prova att använda 8/18Mil. hål. Under nuvarande tekniska förhållanden är det svårt att använda mindre vias. För kraft- eller jordviaser 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 är fördelaktigt för att minska de två parasitiska parametrarna i via.

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

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

5. Placera några jordade vias nära vias av signallagret för att ge närmaste slinga för signalen. Det är till och med möjligt att placera ett stort antal redundanta jordvias på kretskortet. Naturligtvis måste designen vara flexibel. Via-modellen som diskuterats tidigare är fallet där det finns kuddar på varje lager. Ibland kan vi minska eller till och med ta bort kuddarna i vissa lager. Speciellt när densiteten hos vias är mycket hög kan det leda till att det bildas ett brytspår som separerar öglan i kopparskiktet. För att lösa detta problem kan vi, förutom att flytta via-positionen, också överväga att placera via-via på kopparskiktet. Dynans storlek minskas.