PCB Tecnico - PCB via (via) e la sua funzione e applicazione

Via è uno dei componenti importanti del PCB multistrato, e il costo della perforazione di solito rappresenta dal 30% al 40% del costo della produzione di 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).

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. 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 della dimensione del foro 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 lungo il foro richiede, più facile è deviare dalla posizione centrale; e quando la profondità del foro supera 6 volte il diametro del foro forato, non si può garantire che la parete del foro possa essere placcata uniformemente con rame. Ad esempio, se una normale scheda PCB a 6 strati ha uno spessore (profondità passante del foro) di 50Mil.

Quindi, in condizioni normali, il diametro del foro più piccolo che i produttori di PCB possono fornire può raggiungere solo 8Mil. Con lo sviluppo della tecnologia di perforazione laser, la dimensione del foro può essere sempre più piccola. Generalmente, una via con un diametro inferiore o uguale a 6Mils è chiamata microforo. Le microvie sono spesso utilizzate nei progetti HDI (High Density Interconnect Structure). La tecnologia Microvia consente di perforare direttamente i vias sul pad (Via-in-pad), migliorando notevolmente le prestazioni del circuito e risparmiando spazio di cablaggio.

Capacitanza parassitica e induttanza dei vias

La via stessa ha una capacità parassitaria randagio. Se è noto che il diametro della maschera di saldatura 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, allora la capacità parassitaria della via è simile a:

C=1,41εTD1/(D2-D1)

L'effetto principale della capacità parassitaria della via 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 il diametro del pad via utilizzato è 20Mil (il diametro del foro è 10Mils), e il diametro della maschera di saldatura è 40Mil, allora possiamo approssimare la dimensione del via utilizzando la formula di cui sopra La capacità parassitaria è approssimativamente:

C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF

La quantità di variazione nel tempo di salita causata da questa parte della capacità è approssimativamente:

T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps

Da questi valori, si può vedere che anche se l'effetto del ritardo di risalita 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, verranno utilizzate più vie., Il disegno deve essere attentamente considerato. Nella progettazione effettiva, la capacità parassitaria può essere ridotta aumentando la distanza tra il foro passante e l'area di rame (Anti-pad) o riducendo il diametro del pad.

Come usare i vias

Attraverso l'analisi di cui sopra delle caratteristiche parassitarie dei vias, possiamo vedere che nella progettazione PCB ad alta velocità, vias apparentemente semplici spesso portano grandi effetti negativi alla progettazione del circuito. Al fine di ridurre gli effetti avversi causati dagli effetti parassitari dei vias, nel disegno si possono fare quanto segue:

Considerando sia il costo che la qualità del segnale, scegliere una dimensione ragionevole tramite dimensione. Se necessario, può prendere in considerazione l'uso di diverse dimensioni di vias. Ad esempio, per via di alimentazione o messa a terra, è possibile prendere in considerazione l'utilizzo di una dimensione più grande per ridurre l'impedenza, e per tracce di segnale, è possibile utilizzare via più piccole. Naturalmente, man mano che la dimensione della via diminuisce, il costo corrispondente aumenterà.

B Le due formule sopra descritte possono essere disegnate, utilizzando un PCB più sottile è utile per ridurre i due parametri parassitari della via.

C. Le tracce del segnale sulla scheda PCB non dovrebbero essere modificate il più possibile, il che significa che i vias inutili non dovrebbero essere utilizzati il più possibile.

D I perni dell'alimentazione elettrica e del terreno devono essere forati nelle vicinanze e il cavo tra la via e il perno deve essere il più corto possibile. Considerare la foratura di vie multiple in parallelo per ridurre l'induttanza equivalente.

Posizionare alcuni vias a terra vicino ai vias dello strato di cambio del segnale per fornire il ritorno più vicino al segnale. È anche possibile posizionare alcuni vias di terra ridondanti sul PCB.

F Per schede PCB ad alta densità ad alta velocità, è possibile considerare l'utilizzo di micro vias.