Teknik PCB - Jangan biarkan Vias merosakkan seluruh papan

Via adalah salah satu komponen penting PCB berbilang lapisan. Biasanya biaya pengeboran menghasilkan 30% hingga 40% biaya penghasilan PCB. Hanya saja, setiap lubang di PCB boleh dipanggil melalui.

Dari sudut pandangan fungsi, vias boleh dibahagi ke dua kategori:

Digunakan sebagai sambungan elektrik antara lapisan; Digunakan untuk memperbaiki atau menempatkan peranti; Dalam bentuk proses, vial ini secara umum dibahagi ke tiga kategori:

Vial buta Terkubur Vial buta Lubang buta

Ia ditempatkan pada permukaan atas dan bawah papan sirkuit cetak dan mempunyai kedalaman tertentu, yang digunakan untuk sambungan sirkuit permukaan dan sirkuit dalaman di bawah. Kedalaman lubang biasanya tidak melebihi nisbah tertentu (terbuka).

Lubang terkubur

Ia merujuk ke lubang sambungan yang ditempatkan dalam lapisan dalaman papan sirkuit cetak, yang tidak meneruskan ke permukaan papan sirkuit. Dua jenis lubang yang disebut di atas ditempatkan di lapisan dalaman papan sirkuit, dan disempurnakan oleh proses bentuk lubang melalui sebelum laminasi, dan beberapa lapisan dalaman mungkin ditutup semasa bentuk melalui.

Melalui lubang

Jenis lubang ini menembus seluruh papan sirkuit dan boleh digunakan untuk sambungan dalaman atau sebagai lubang pemasangan komponen. Kerana lubang melalui lebih mudah untuk dilaksanakan dalam proses dan biaya lebih rendah, kebanyakan papan sirkuit cetak menggunakannya daripada dua jenis lain melalui lubang. Berikut melalui lubang, kecuali ditentukan sebaliknya, dianggap sebagai melalui lubang.

Dari sudut pandangan rancangan, laluan terbuat dari dua bahagian:

The size of these two parts determines the size of the via. Jelas sekali, dalam rancangan PCB dengan kelajuan tinggi, densiti tinggi, perancang sentiasa berharap bahawa semakin kecil lubang melalui, semakin baik, sehingga lebih banyak ruang kabel boleh ditinggalkan di papan. Selain itu, semakin kecil lubang melalui, semakin besar kapasitas parasit. Kecil, lebih sesuai untuk sirkuit kelajuan tinggi. Namun, pengurangan saiz lubang juga menyebabkan peningkatan kos, dan saiz botol tidak boleh dikurangkan tanpa batas. Ia dibatasi oleh teknologi proses seperti pengeboran dan plat: semakin kecil lubang, semakin banyak pengeboran semakin lama lubang mengambil, semakin mudah ia untuk melebihi dari kedudukan tengah; dan apabila kedalaman lubang melebihi 6 kali diameter lubang terbongkar, ia tidak boleh dijamin bahawa dinding lubang boleh dilapis secara serentak dengan tembaga. Contohnya, tebal (melalui kedalaman lubang) papan PCB 6 lapisan normal adalah kira-kira 50Mil, jadi diameter lubang bor yang paling kecil yang boleh diberikan oleh penghasil PCB hanya boleh mencapai 8Mil. Dengan pengembangan teknologi pengeboran laser, saiz lubang boleh menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Secara umum, laluan dengan diameter kurang atau sama dengan 6Mils dipanggil lubang mikro. Microvias sering digunakan dalam rekaan HDI (Struktur Sambungan Kuasa Tinggi). Teknologi Microvia membolehkan vias ditembak secara langsung pada pad (Via-in-pad), yang meningkatkan prestasi sirkuit dan menyimpan ruang kawat.

Kesan vial pada penghantaran isyarat: kapasitas parasit dan induktan parasit

Laluan muncul sebagai titik putus dengan impedance yang berhenti pada garis transmisi, yang akan menyebabkan refleksi isyarat. Secara umum, impedance yang sama dengan melalui adalah kira-kira 12% lebih rendah daripada garis penghantaran. Contohnya, penghalang garis transmisi 50 ohm akan menurun 6 ohm apabila melewati melalui (secara khusus, ia berkaitan dengan saiz dan tebal melalui, bukan pengurangan mutlak). Bagaimanapun, refleksi disebabkan oleh impedance berhenti melalui adalah sebenarnya sangat kecil. Koeficien refleksi hanya: (44-50)/(44+50)=0.06. Masalah disebabkan melalui lebih berkonsentrasi pada kapasitas parasit dan induktan. Impak.

Melalui dirinya sendiri mempunyai kapasitas parasit tersesat. Jika diketahui bahawa diameter topeng solder pada lapisan tanah melalui adalah D2, diameter pad melalui adalah D1, tebal papan PCB adalah T, dan konstan dielektrik substrat papan adalah ε, maka kapasitas parasit melalui adalah kira-kira seperti ini:

C=1.41*ε*T*D1/(D2-D1)

Kesan utama kapasitas parasit melalui litar adalah untuk memperpanjang masa naik isyarat dan mengurangkan kelajuan litar. Contohnya, untuk PCB dengan tebal 50Mil, jika diameter pad melalui ialah 20Mil (diameter lubang ialah 10Mil), dan diameter topeng askar ialah 40Mil, maka kita boleh kira-kira saiz melalui menggunakan formula di atas Kapensiti parasit adalah kira-kira:

C=1.41*4.4*0.050*0.020/(0.040-0.020) =0.31pF

Jumlah perubahan masa naik disebabkan oleh bahagian ini kapasitasi adalah kira-kira:

T10-90 =2.2C(Z0/2) =2.2*0.31*(50/2) =17.05ps

Dari nilai-nilai ini, ia boleh dilihat bahawa walaupun kesan keterlaluan meningkat disebabkan oleh kapasitasi parasit satu melalui tidak terlalu jelas, jika melalui digunakan berbilang kali dalam jejak untuk bertukar antara lapisan, vias berbilang akan digunakan. Design mesti dipertimbangkan dengan hati-hati. Dalam rancangan sebenar, kapasitas parasit boleh dikurangkan dengan meningkatkan jarak antara melalui dan kawasan tembaga (Anti-pad) atau mengurangkan diameter pad.

Kapensiensi parasit wujud dalam botol dan induksi parasit. Dalam rancangan sirkuit digital kelajuan tinggi, kerosakan disebabkan oleh induksi parasit vias sering lebih besar daripada kesan kapasitas parasit. Induktansi seri parasitik akan lemahkan kontribusi kondensator bypass dan lemahkan kesan penapisan seluruh sistem kuasa. Kita boleh guna formula empirik berikut untuk menghitung induksi parasit melalui:

L=5.08*h*[ln(4*h/d)+1]

Di antara mereka: L merujuk kepada induktan lubang melalui h ialah panjang lubang melalui d ialah diameter lubang tengah.

Ia boleh dilihat dari formula bahawa diameter melalui mempunyai pengaruh kecil pada induktan, dan panjang melalui mempunyai pengaruh terbesar pada induktan. Masih menggunakan contoh di atas, induktan melalui boleh dihitung sebagai:

L=5.08*0.050*[ln(4x0.050/0.010)+1] =1.015nH

Jika masa naik isyarat adalah 1ns, maka impedance yang sama adalah:

XL = 2ϣL/T=6.37Ω

Pencegahan seperti ini tidak boleh lagi diabaikan apabila arus frekuensi tinggi berlalu. Perhatian istimewa patut diberikan kepada fakta bahawa kondensator bypass perlu melalui dua vias apabila menyambung pesawat kuasa dan pesawat tanah, sehingga induktan parasit vias akan meningkat secara eksponensial.

Bagaimana menggunakan kunci

Melalui analisis atas ciri-ciri parasit vias, kita boleh melihat bahawa dalam rekaan PCB kelajuan tinggi, kelihatannya vias sederhana sering membawa kesan negatif besar pada rekaan sirkuit. Untuk mengurangi kesan negatif disebabkan oleh kesan parasit vias, rancangan boleh dilakukan sebanyak yang mungkin: mengingat kualiti kos dan isyarat, pilih saiz yang masuk akal dari melalui. Jika perlu, pertimbangkan menggunakan kunci saiz yang berbeza. Contohnya, untuk desain modul memori 6-10 lapisan PCB:

Lebih baik menggunakan kunci 10/20Mil (drilled/pad). Untuk beberapa papan besar-densiti saiz kecil, anda juga boleh cuba untuk menggunakan 8/18 Mil vias. Dalam keadaan teknikal semasa, ia sukar untuk menggunakan vias yang lebih kecil. Untuk kuasa atau vias tanah, anda boleh mempertimbangkan menggunakan saiz yang lebih besar untuk mengurangkan impedance. Untuk jejak isyarat, butang kecil boleh digunakan. Sudah tentu, sebagaimana saiz melalui menurun, biaya yang sepadan akan meningkat.

Dua formula yang dibincangkan di atas boleh dikatakan bahawa penggunaan PCB yang lebih tipis adalah berguna untuk mengurangi dua parameter parasit melalui.

Cuba jangan ubah lapisan jejak isyarat pada papan PCB, iaitu, cuba jangan guna kunci yang tidak diperlukan.

Pins bekalan kuasa dan tanah seharusnya ditembak dekat, dan petunjuk antara vias dan pins seharusnya sebagai pendek yang mungkin, kerana mereka akan meningkatkan induktan. Pada masa yang sama, kuasa dan tanah memimpin seharusnya sebisak mungkin untuk mengurangi impedance. Pertimbangkan pengeboran pelbagai botol secara selari untuk mengurangi induksi yang sama.

Letakkan beberapa butang mendarat dekat butang bagi lapisan perubahan isyarat untuk menyediakan laluan kembalian terdekat bagi isyarat. Anda bahkan boleh meletakkan beberapa vial tanah yang berlebihan pada PCB.

Untuk papan PCB kelajuan tinggi, anda boleh pertimbangkan menggunakan vial mikro.

Tentu saja, rancangan perlu fleksibel. Model yang dibincangkan lebih awal adalah kes di mana ada pads pada setiap lapisan. Kadang-kadang, kita boleh mengurangi atau bahkan membuang pads beberapa lapisan. Terutama apabila ketepatan botol sangat tinggi, ia mungkin menyebabkan bentuk tumpuan pecah yang memisahkan loop dalam lapisan tembaga. Untuk menyelesaikan masalah ini, selain bergerak kedudukan melalui, kita juga boleh pertimbangkan meletakkan melalui pada lapisan tembaga. Saiz pad dikurangkan.