קיבול טפילי והשראות טפילית של ויה

1. דרך

Vias הם אחד המרכיבים החשובים של PCBs רב שכבתיים, ועלות הקידוח מהווה בדרך כלל 30% עד 40% מעלות ייצור PCB. במילים פשוטות, כל חור ב-PCB יכול להיקרא דרך. מנקודת המבט של תפקוד, ניתן לחלק את ה-vias לשתי קטגוריות: האחת משמשת לחיבור חשמלי בין שכבות; השני משמש לקיבוע או מיקום של מכשירים. במונחים של תהליך, דרך אלה מחולקים בדרך כלל לשלוש קטגוריות, כלומר vias עיוורים, vias קבורים ודרך vias. חורים עיוורים ממוקמים על המשטח העליון והתחתון של המעגל המודפס ויש להם עומק מסוים לחיבור בין מעגל השטח למעגל הפנימי הבסיסי. עומק החור בדרך כלל אינו עולה על יחס מסוים (צמצם). חורים קבורים מתייחסים לחורי חיבור הממוקמים בשכבה הפנימית של המעגל המודפס, שאינם נמשכים אל פני השטח של המעגל. שני סוגי החורים לעיל ממוקמים בשכבה הפנימית של המעגל. לפני הלמינציה, תהליך יצירת החור משמש להשלמתו, וייתכנו חופפות של מספר שכבות פנימיות במהלך היווצרות החור האמצעי. הסוג השלישי נקרא חור דרך, העובר דרך כל לוח המעגלים וניתן להשתמש בו למימוש חיבור פנימי או כחור מיקום הרכבה לרכיבים. מכיוון שקל יותר לממש את החור העובר בתהליך והעלות נמוכה יותר, רוב המעגלים המודפסים משתמשים בו במקום בשני סוגי המעבר האחרים. ה-vias המוזכרים להלן, אלא אם צוין אחרת, נחשבים כ-vias. מנקודת מבט עיצובית, דרך מורכבת בעיקר משני חלקים, האחד הוא חור הקידוח באמצע, והשני הוא אזור הרפידה סביב חור הקידוח, כפי שמוצג באיור למטה. הגודל של שני חלקים אלו קובע את גודל ה-via. ברור שבעיצוב PCB במהירות גבוהה ובצפיפות גבוהה, המעצב תמיד מקווה שככל שחור המעבר קטן יותר, כך ייטב, כך שניתן יהיה להשאיר יותר שטח חיווט על הלוח. בנוסף, ככל שחור המעבר קטן יותר, הקיבול הטפילי של עצמו קטן יותר. ככל שהוא קטן יותר, כך הוא מתאים יותר למעגלים מהירים. עם זאת, הקטנת גודל החור מביאה גם לעלייה בעלות, ולא ניתן להקטין את גודל החור דרך ללא הגבלת זמן. זה מוגבל על ידי הטכנולוגיה של קידוח וציפוי: ככל שהחור קטן יותר, כך קל יותר לקדוח ככל שהחור לוקח יותר זמן, כך קל יותר לסטות מהמיקום המרכזי; וכאשר עומק החור עולה על פי 6 מקוטר החור הנקדח, אי אפשר להבטיח שדופן החור יכול להיות מצופה באופן שווה בנחושת. לדוגמה, העובי (עומק החור) של לוח מעגלים רגילים 6-שכבתי הוא כ-50Mil, כך שקוטר הקידוח שיצרני PCB יכולים לספק קטן עד 8Mil.

שנית, הקיבול הטפילי של ה-via

לחור עצמו יש קיבול טפילי לקרקע. אם ידוע שקוטר חור הבידוד בשכבת הקרקע הוא D2, קוטר משטח ה-via הוא D1, עובי לוח ה-PCB הוא T, והקבוע הדיאלקטרי של מצע הלוח הוא ε , הקיבול הטפילי של חור המעבר הוא בערך: C=1.41εTD1/(D2-D1) ההשפעה העיקרית של הקיבול הטפילי של חור המעבר על המעגל היא להאריך את זמן העלייה של האות ולהפחית מהירות המעגל. לדוגמה, עבור לוח PCB בעובי של 50Mil, אם נעשה שימוש בחור דרך בקוטר פנימי של 10Mil ובקוטר רפידה של 20Mil, והמרחק בין הרפידה לאזור הנחושת הקרקע הוא 32Mil, אז נוכל להעריך את חור המעבר לפי הנוסחה לעיל. הקיבול הטפילי הוא בערך: C=1.41x4.4x0.{{30 }}50x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF, ושונות זמן העלייה הנגרמת על ידי חלק זה של הקיבול היא: T10-90=2.2C(Z0/2 )=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps. מתוך ערכים אלה, ניתן לראות שלמרות שההשפעה של האטת ההשהיה העולה הנגרמת מהקיבול הטפילי של דרך בודדת אינה ברורה, אם נעשה שימוש ב-via מספר פעמים בחיווט כדי לעבור בין שכבות, המעצב עדיין צריך לשקול זאת היטב.

3. השראות טפילית של ויאס

באופן דומה, יש השראות טפילית כמו גם קיבול טפילי בחור המעבר. בתכנון של מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה, הנזק הנגרם מההשראות הטפילית של חור המעבר הוא לרוב גדול מהשפעת הקיבול הטפילי. השראות הסדרה הטפילית שלו תחליש את תרומת הקבל המעקף ותחליש את אפקט הסינון של מערכת החשמל כולה. אנו יכולים להשתמש בנוסחה הבאה כדי פשוט לחשב את השראות הטפילית המשוערת של דרך: () - הנחיות עיצוב PCB - אודות Vias כאשר L מתייחס לשראות ה-via, h הוא אורך ה-via, ו-d הוא הקוטר של החור הקדוח המרכזי. ניתן לראות מהנוסחה שלקוטר חור המעבר יש השפעה מועטה על השראות, אך לאורכו של חור המעבר יש השפעה רבה על השראות. עדיין באמצעות הדוגמה שלמעלה, ניתן לחשב את השראות של ה-via כך: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010) 1]=1.015nH. אם זמן העלייה של האות הוא 1ns, אז העכבה המקבילה שלו היא: XL=πL/T10-90=3.19Ω. אי אפשר להתעלם עוד מעכבה כזו כאשר עובר זרם בתדר גבוה. בפרט, יש לציין כי הקבל המעקף צריך לעבור דרך שני דרך בעת חיבור שכבת הכוח ושכבת האדמה, כך שההשראות הטפילית של הוויאס תוכפל. 4. עיצוב דרך ב-PCB מהיר דרך הניתוח לעיל של המאפיינים הטפילים של vias, אנו יכולים לראות שבתכנון PCB במהירות גבוהה, vias פשוטים לכאורה מביאים לעתים קרובות השפעות שליליות גדולות לתכנון המעגל. השפעה.

על מנת לצמצם את ההשפעות השליליות שמביאות ההשפעות הטפיליות של ויאס, אנו יכולים לנסות כמיטב יכולתנו בעיצוב:

1. בהתחשב בעלות ובאיכות האות, בחר גודל חור דרך סביר. לדוגמה, עבור 6-10 שכבות של עיצוב PCB של מודול זיכרון, עדיף להשתמש ב-10/20Mil (קידוח/פד). עבור כמה לוחות בצפיפות גבוהה ובגודל קטן, אתה יכול גם לנסות להשתמש ב-8/18Mil vias. חור. בתנאים הטכניים הנוכחיים, קשה להשתמש ב-vias בגודל קטן יותר. עבור חיבורי חשמל או הארקה, שקול להשתמש בגודל גדול יותר כדי להפחית את העכבה.

2. משתי הנוסחאות שנדונו לעיל, ניתן להסיק ששימוש בלוח PCB דק יותר מועיל להפחתת שני הפרמטרים הטפילים של ה-via.

3. השתדלו לא לשנות את שכבת עקבות האותות על ה-PCB, כלומר השתדלו לא להשתמש בוויאס מיותרים.

4. יש לקדוח את הפינים של ספק הכוח והאדמה דרך חורים בקרבת מקום. ככל שהמובילים בין חורי המעבר והפינים קצרים יותר, כך ייטב, מכיוון שהם יגדילו את השראות. יחד עם זאת, מובילי הכוח והאדמה צריכים להיות עבים ככל האפשר כדי להפחית את העכבה.

5. מקם כמה חיבורים מוארקים ליד ה-vias שבהם האות מחליף שכבות כדי לספק לולאה קרובה לאות. זה אפילו אפשרי למקם מספר רב של חיבורי קרקע מיותרים על ה-PCB. כמובן שיש צורך בגמישות בעיצוב. מודל ה-via שנדון לעיל הוא המקרה שבו לכל שכבה יש רפידה, ולפעמים, אנחנו יכולים להפחית או אפילו להסיר את הרפידות של כמה שכבות. במיוחד במקרה של צפיפות חור דרך גדולה מאוד, זה עלול לגרום לחריץ שבור המבודד את הלולאה בשכבת הנחושת. כדי לפתור בעיה זו, בנוסף להזזת מיקום ה-via, נוכל לשקול גם הנחת ה-via על שכבת הנחושת. גודל הרפידה מצטמצם.