Dati PCB - Vias su PCB

Vias sono uno dei componenti importanti di multi-strato Scheda PCB, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo di Scheda PCB produzione. In poche parole, Ogni foro su un PCB può essere chiamato via.

1. Dal punto di vista della funzione, via può essere diviso in due categorie:

1) È usato come collegamento elettrico tra strati;

2) È usato per fissare o posizionare il dispositivo.

In termini di processo, questi vias sono generalmente divisi in tre categorie, vale a dire vias ciechi, vias sepolti, e attraverso vias.

I fori ciechi si trovano sulle superfici superiori e inferiori del circuito stampato, con una certa profondità, per il collegamento del circuito superficiale e del circuito interno sottostante, e la profondità del foro di solito non supera un certo rapporto (diametro).

I vias sepolti si riferiscono ai fori di collegamento situati nello strato interno del circuito stampato, che non si estendono alla superficie del circuito stampato. I due tipi di fori sopra sono situati nello strato interno del circuito stampato e sono completati dal processo di formazione del foro passante prima della laminazione. Durante la formazione del foro passante, diversi strati interni possono essere sovrapposti.

Il terzo tipo è chiamato foro passante, che penetra l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per l'interconnessione interna o come foro di posizione di montaggio per i componenti. Poiché il foro passante è più facile da realizzare nel processo e il costo è inferiore, la maggior parte dei circuiti stampati lo usano invece degli altri due tipi di fori passanti. I fori passanti indicati di seguito sono considerati fori passanti se non diversamente specificato. Dal punto di vista della progettazione, una via è composta principalmente da due parti, una è il foro del trapano nel mezzo e l'altra è l'area del pad intorno al foro del trapano, come mostrato nella figura sottostante. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. Ovviamente, nella progettazione di schede PCB ad alta velocità e ad alta densità, i progettisti sperano sempre che più piccolo è il foro passante, meglio è, in modo che più spazio di cablaggio possa essere lasciato sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro di via, più capacità parassitaria della sua propria Più piccolo è, più adatto è per i circuiti ad alta velocità. Tuttavia, la riduzione della dimensione del foro porta anche un aumento dei costi e la dimensione del foro passante non può essere ridotta indefinitamente. È limitato da tecnologie di processo come foratura e placcatura: più piccolo è il foro, più foratura Più lungo il foro richiede, più facile è deviare dal centro; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro forato, non è garantito che la parete del foro sarà uniformemente placcata con rame. Ad esempio, lo spessore di una normale scheda PCB a 6 strati (attraverso la profondità del foro) è di circa 50Mil, quindi il diametro del foro fornito dal produttore della scheda PCB può raggiungere solo 8Mil.

2. Capacità parassitaria dei vias I vias stessi hanno capacità parassitarie al suolo. Se è noto che il diametro dei fori di isolamento dei vias sullo strato di terra è D2, il diametro dei pad via è D1 e lo spessore della scheda PCB è T, la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, allora la capacità parassitaria della via è simile a: C=1.41εTD1/(D2-D1) L'impatto principale della capacità parassitaria della via sul circuito è quello di prolungare il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito.

Ad esempio, per una scheda PCB con uno spessore di 50Mil, se viene utilizzato un foro passante con un diametro interno di 10Mil e un diametro del pad di 20Mil e la distanza tra il pad e l'area di rame a terra è 32Mil, possiamo approssimare il foro passante attraverso la formula di cui sopra. La capacità parassitaria è ruvida:

C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,032-0,020)=0,517pF,

Il cambiamento del tempo di salita causato da questa parte della capacità è:

T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,517x(55/2)=31,28ps.

Da questi valori, si può vedere che anche se l'effetto dell'aumento e del ritardo causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è molto evidente, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare da uno strato all'altro, il progettista dovrebbe comunque considerare attentamente.

Allo stesso modo, ci sono induttanze parassitarie insieme alle capacità parassitarie dei vias. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, il danno causato dalle induttanze parassitarie dei vias è spesso maggiore dell'influenza delle capacità parassitarie. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e ridurrà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo facilmente calcolare l'induttanza parassitaria approssimativa di una via con la seguente formula: L=5.08h[ln(4h/d)+1]

dove L è l'induttanza della via, h è la lunghezza della via e d è il diametro del foro centrale forato. Si può vedere dalla formula che il diametro del foro via ha poco effetto sull'induttanza, mentre la lunghezza del foro via influenza l'induttanza. Sempre usando l'esempio precedente, l'induttanza della via può essere calcolata come: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH. Se il tempo di salita del segnale è 1ns, allora la sua impedenza equivalente è XL=πL/T10-90=3.19Ω. Tale impedenza non può più essere ignorata quando passa la corrente ad alta frequenza. Va notato che il condensatore bypass deve passare attraverso due vias quando si collega lo strato di alimentazione e lo strato di terra in modo che l'induttanza parassitaria dei vias sia moltiplicata.

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione di schede PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano molto alla progettazione del circuito. effetti negativi. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari delle vie, si può cercare di fare il più possibile nella progettazione:

1) Considerando sia il costo che la qualità del segnale, selezionare un via la dimensione di una dimensione ragionevole. Ad esempio, per la progettazione della scheda PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare 10/20Mil (perforazione/pad) vias. Per alcune schede di piccole dimensioni ad alta densità, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. vias. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare vias più piccoli. Per via di alimentazione o messa a terra, prendere in considerazione l'utilizzo di dimensioni più grandi per ridurre l'impedenza.

2) Dalle due formule discusse sopra, si può concludere che l'utilizzo di una scheda PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari della via.

3) Cercate di non cambiare gli strati delle tracce del segnale sul PCB, vale a dire, cercate di non utilizzare vias inutili.

4) I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno devono essere forati il più vicino possibile. Più breve è il cavo tra via e pin, meglio è, perché aumenteranno l'induttanza. Allo stesso tempo, i cavi di potenza e terra dovrebbero essere il più spessi possibile per ridurre l'impedenza.

5) Posizionare alcuni vias a terra vicino ai vias dove il segnale cambia livelli per fornire un breve percorso di ritorno per il segnale. È anche possibile posizionare alcuni vias di terra ridondanti sul PCB in gran numero. Naturalmente, flessibilità è richiesta anche nella progettazione. Il modello via discusso in precedenza nel caso in cui ogni strato ha pad, e a volte, possiamo ridurre o anche rimuovere i pad di alcuni strati. Soprattutto nel caso di una densità molto elevata di vias, può portare alla formazione di un interruttore sullo strato di rame. Per risolvere questo problema, oltre a spostare la posizione della via, Possiamo anche considerare di posizionare la via sullo strato di rame. La dimensione del pad è ridotta su Scheda PCB.