PCB Tecnico - I produttori di circuiti stampati spiegano i vias dei circuiti stampati per voi

1. Il concetto di base di vias Via è uno dei componenti importanti del PCB multistrato. Il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo di produzione del PCB. In poche parole, ogni foro sul PCB può essere chiamato via. Dal punto di vista funzionale, i vias possono essere suddivisi in due categorie: una viene utilizzata per i collegamenti elettrici tra strati; l'altro è utilizzato per il fissaggio o il posizionamento di dispositivi. In termini di processo, questi vias sono generalmente divisi in tre categorie, vale a dire vias ciechi, vias sepolti e vias attraverso. I vias ciechi si trovano sulla superficie superiore e inferiore del circuito stampato e hanno una certa profondità. Sono utilizzati per collegare la linea superficiale e la linea interna sottostante. La profondità del foro di solito non supera un certo rapporto (apertura). Foro sepolto si riferisce al foro di collegamento situato nello strato interno del circuito stampato, che non si estende alla superficie delle schede PCB. I due tipi di fori sopra menzionati sono entrambi situati nello strato interno del circuito stampato e il processo di formazione del foro passante è utilizzato prima della laminazione e diversi strati interni possono essere sovrapposti durante la formazione del foro passante. Il terzo tipo è chiamato un foro passante, che penetra l'intero circuito stampato e può essere utilizzato per l'interconnessione interna o come foro di posizionamento di montaggio del componente. Poiché il foro passante è più facile da implementare nel processo e il costo è inferiore, la maggior parte delle schede PCB stampate lo usano invece degli altri due tipi di fori passanti. I seguenti fori, se non diversamente specificato, sono considerati fori passanti. Dal punto di vista progettuale, una via è composta principalmente da due parti, una è il foro di perforazione nel mezzo e l'altra è l'area del pad intorno al trapano. La dimensione di queste due parti determina la dimensione della via. . Ovviamente, nel design PCB ad alta velocità e ad alta densità, i progettisti sperano sempre che più piccolo è il foro passante, meglio è, in modo che possa essere lasciato più spazio di cablaggio sulla scheda. Inoltre, più piccolo è il foro via, la capacità parassitaria propria. Più piccolo è, più adatto ai circuiti ad alta velocità.

Tuttavia, la riduzione delle dimensioni dei fori comporta anche un aumento dei costi e le dimensioni dei vias non possono essere ridotte indefinitamente. È limitato da tecnologie di processo come foratura e placcatura: più piccolo è il foro, più foratura Più difficile è il processo di lavorazione del foro, più tempo ci vuole e più facile è deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro forato, è impossibile garantire che la parete del foro possa essere placcata uniformemente con rame. Ad esempio, lo spessore (attraverso la profondità del foro) di una normale scheda PCB a 6 strati è di circa 50Mil, quindi il diametro minimo del foro di perforazione che i produttori generali di schede PCB possono fornire può raggiungere solo 8Mil.

2. Capacità parassitaria di viaIl foro stesso ha capacità parassitaria al suolo. Se è noto che il diametro del foro di isolamento sullo strato di terra della via è D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, La capacità parassitaria della via è simile a:C=1.41εTD1/(D2-D1) L'effetto principale della capacità parassitaria dei vias sul circuito è quello di estendere il tempo di salita del segnale e ridurre la velocità del circuito. Ad esempio, per un PCB con uno spessore di 50Mil, se viene utilizzata una via con un diametro interno di 10Mil e un diametro del pad di 20Mil e la distanza tra il pad e l'area di rame macinato è 32Mil, allora possiamo approssimare la via utilizzando la formula di cui sopra La capacità parassitaria è approssimativamente: C=1.41x4.4x0.050xx.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)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. Si può vedere da questi valori che anche se l'effetto del ritardo di risalita causato dalla capacità parassitaria di una singola via non è evidente, se la via viene utilizzata più volte nella traccia per passare tra strati, il progettista dovrebbe comunque considerare attentamente. tre. Induttanza parassitaria dei vias Analogamente, ci sono induttanze parassitarie insieme alla capacità parassitaria dei vias. Nella progettazione di circuiti digitali ad alta velocità, l'induttanza parassitaria dei vias spesso causa più danni della capacità parassitaria. La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass e indebolirà l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Possiamo semplicemente calcolare l'induttanza parassitaria di una via con la seguente formula:L=5.08h[ln(4h/d)+1] dove L si riferisce all'induttanza della via, h è la lunghezza della via, e d è il diametro del foro centrale. Si può vedere dalla formula che il diametro della via ha una piccola influenza sull'induttanza e la lunghezza della via ha la maggiore influenza sull'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 passano correnti ad alta frequenza. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al fatto che il condensatore bypass deve passare attraverso due vie quando si collega il piano di potenza e il piano di terra, in modo che l'induttanza parassitaria dei vie aumenterà esponenzialmente. Quattro. Attraverso la progettazione in PCBTattraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nel design PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi al design delle schede PCB. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari dei vias, si può fare quanto segue nella progettazione: 1. Considerando sia il costo che la qualità del segnale, scegliere una dimensione ragionevole tramite dimensione. Ad esempio, per il design PCB del modulo di memoria a 6-10 strati, è meglio utilizzare 10/20Mil (forato / pad). Per alcune schede ad alta densità di piccole dimensioni, puoi anche provare a utilizzare 8/18Mil. buco. Nelle attuali condizioni tecniche, è difficile utilizzare vias più piccoli. Per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza.