Leiterplattentechnisch - PCB via (via) und seine Funktion und Anwendung

Via ist einer der wichtigsten Komponenten von Mehrschichtige Leiterplatte, und die Kosten des Bohrens machen normalerweise 30% bis 40% der Kosten der Leiterplattenherstellung aus. Einfach ausgedrückt, Jedes Loch auf der Leiterplatte kann ein via aufgerufen werden. Aus der Sicht der Funktion, Durchkontaktierungen können in zwei Kategorien unterteilt werden: eine wird für elektrische Verbindungen zwischen Schichten verwendet; das andere dient zur Befestigung oder Positionierung von Vorrichtungen. Prozessbezogen, Diese Vias sind im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt, nämlich blinde Durchkontaktierungen, vergrabene Durchkontaktierungen und Durchkontaktierungen. Blind Vias befinden sich auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte und haben eine bestimmte Tiefe. Sie werden verwendet, um die Oberflächenlinie und die darunterliegende innere Linie zu verbinden. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture).

Aus Designsicht besteht ein Durchgang hauptsächlich aus zwei Teilen, einer ist das Bohrloch in der Mitte und der andere ist der Pad-Bereich um das Bohrloch. Die Größe dieser beiden Teile bestimmt die Größe des Durchgangs. Offensichtlich hoffen Designer bei Hochgeschwindigkeits- und High-Density-PCB-Design immer, dass je kleiner das Durchgangsloch ist, desto besser, so dass mehr Verdrahtungsraum auf der Platine gelassen werden kann. Je kleiner das Durchgangsloch ist, desto größer ist die eigene parasitäre Kapazität. Je kleiner es ist, desto besser eignet es sich für Hochgeschwindigkeitsstrukturen. Die Verringerung der Lochgröße führt jedoch auch zu einem Kostenanstieg, und die Größe der Durchkontaktierungen kann nicht unbegrenzt reduziert werden. Es ist durch Prozesstechnologien wie Bohren und Beschichten begrenzt: Je kleiner das Loch, desto mehr Bohrungen Je länger das Loch dauert, desto einfacher ist es, von der Mittelposition abzuweichen; Und wenn die Tiefe des Lochs das 6-fache des Durchmessers des gebohrten Lochs überschreitet, kann nicht garantiert werden, dass die Lochwand gleichmäßig mit Kupfer überzogen werden kann. Zum Beispiel, wenn eine normale 6-Lagen-Leiterplatte eine Dicke (Durchgangslochtiefe) von 50Mil hat.

Dann, unter normalen Bedingungen, der kleinste Lochdurchmesser, der Leiterplattenhersteller kann nur 8Mil erreichen. Mit der Entwicklung der Laserbohrtechnik, Die Größe des Lochs kann kleiner und kleiner sein. Allgemein, Ein Durchgang mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 6Mils wird Mikroloch genannt. Microvias are often used in HDI (High Density Interconnect Structure) designs. Microvia technology allows vias to be directly punched on the pad (Via-in-pad), Das verbessert die Schaltungsleistung erheblich und spart Verdrahtungsplatz.

Parasitische Kapazität und Induktivität von Durchkontaktierungen

Die Via selbst hat parasitäre Streumapazitäten. Wenn bekannt ist, dass der Durchmesser der Lötmaske auf der Bodenschicht des Durchgangs D2 ist, der Durchmesser des Durchgangs D1 ist, die Dicke der Leiterplatte T und die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrats ε ist, dann ist die parasitäre Kapazität des Durchgangs ähnlich wie:

C=1.41εTD1/(D2-D1)

Der Haupteffekt der parasitären Kapazität des Durchgangs auf der Schaltung besteht darin, die Anstiegszeit des Signals zu verlängern und die Geschwindigkeit der Schaltung zu verringern. Zum Beispiel für eine Leiterplatte mit einer Dicke von 50Mil, wenn der Durchmesser des verwendeten Durchgangspads 20Mil ist (der Durchmesser des Lochs 10Mils) und der Durchmesser der Lötmaske 40Mil ist, können wir die Größe des Durchgangs mit der obigen Formel annähern.

C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF

Die Veränderung der Anstiegszeit, die durch diesen Teil der Kapazität verursacht wird, beträgt ungefähr:

T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps

Aus diesen Werten kann man sehen, dass, obwohl die Wirkung der Anstiegsverzögerung, die durch die parasitäre Kapazität eines einzelnen Durchgangs verursacht wird, nicht sehr offensichtlich ist, wenn das Durchgang mehrfach in der Leiterbahn zum Umschalten zwischen Schichten verwendet wird, mehrere Durchgänge verwendet werden. Das Design muss sorgfältig geprüft werden. Im eigentlichen Design kann die parasitäre Kapazität verringert werden, indem der Abstand zwischen dem Durchgangsloch und dem Kupferbereich (Anti-Pad) erhöht oder der Durchmesser des Pads verringert wird.

Wie sind Vias anzuwenden?

Durch die obige Analyse der parasitären Eigenschaften von Durchkontaktierungen können wir sehen, dass scheinbar einfache Durchkontaktierungen im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design oft große negative Auswirkungen auf das Schaltungsdesign haben. Um die negativen Auswirkungen, die durch die parasitären Effekte der Vias verursacht werden, zu reduzieren, kann im Design Folgendes getan werden:

A Unter Berücksichtigung von Kosten und Signalqualität wählen Sie eine angemessene Größe über Größe. Bei Bedarf können Sie verschiedene Durchgangsgrößen in Betracht ziehen. Zum Beispiel können Sie bei Strom- oder Masseverschlüssen eine größere Größe zur Reduzierung der Impedanz in Betracht ziehen, und für Signalspuren kleinere Durchschlüsse. Wenn die Größe des Durchgangs abnimmt, steigen natürlich die entsprechenden Kosten.

B Die beiden oben beschriebenen Formeln können gezeichnet werden, wobei die Verwendung einer dünneren Leiterplatte vorteilhaft ist, um die beiden parasitären Parameter des Durchgangs zu reduzieren.

C. Die Signalspuren auf der Leiterplatte sollten nicht so weit wie möglich verändert werden, was bedeutet, dass unnötige Durchkontaktierungen nicht so viel wie möglich verwendet werden sollten.

D Die Stifte der Stromversorgung und des Bodens sollten in der Nähe gebohrt werden, und die Leitung zwischen dem Durchgang und dem Stift sollte so kurz wie möglich sein. Erwägen Sie, mehrere Durchgänge parallel zu bohren, um die äquivalente Induktivität zu reduzieren.

E Platzieren Sie einige geerdete Durchkontaktierungen in der Nähe der Durchkontaktierungen der Signalwechselschicht, um die nächste Rückkehr zum Signal zu gewährleisten. Sie können sogar einige redundante Masseverschlüsse auf der Leiterplatte platzieren.

F Für hohe Dichte Hochgeschwindigkeits-PCB Bretter, Sie können die Verwendung von Micro Vias in Betracht ziehen.