Паразитна капацитивност и паразитна индуктивност виа

1. Виа

Виас су једна од важних компоненти вишеслојних ПЦБ-а, а трошкови бушења обично чине 30 до 40 процената трошкова производње ПЦБ-а. Једноставно речено, свака рупа на ПЦБ-у се може назвати прелазом. Из перспективе функције, виас се могу поделити у две категорије: једна се користи за електричну везу између слојева; други се користи за фиксирање или позиционирање уређаја. Што се тиче процеса, ови спојеви су генерално подељени у три категорије, односно слепи пропусници, укопани пропусници и пролазни пролази. Слепе рупе се налазе на горњој и доњој површини штампане плоче и имају одређену дубину за везу између површинског кола и унутрашњег кола испод. Дубина рупе обично не прелази одређени однос (отвор бленде). Закопане рупе се односе на рупе за повезивање које се налазе у унутрашњем слоју штампане плоче, а које се не протежу до површине плоче. Горе наведене две врсте рупа налазе се у унутрашњем слоју плоче. Пре ламинације, процес формирања кроз рупу се користи да се заврши, а неколико унутрашњих слојева се може преклапати током формирања пролазне рупе. Трећи тип се назива пролазна рупа, која пролази кроз целу плочу и може се користити за остваривање унутрашњег међусобног повезивања или као рупа за монтажу компоненти. Будући да је пролазни отвор лакше реализовати у процесу и да је цена нижа, већина штампаних плоча га користи уместо друга два типа вијача. Прелазне везе поменуте у наставку, осим ако није другачије назначено, сматрају се граничним прелазима. Са становишта дизајна, пролаз се углавном састоји од два дела, један је рупа за бушење у средини, а други је област подметача око рупе, као што је приказано на слици испод. Величина ова два дела одређује величину пролаза. Очигледно, у дизајну ПЦБ-а велике брзине и високе густине, дизајнер се увек нада да што је отвор за пролаз мањи, то боље, тако да се више простора за ожичење може оставити на плочи. Поред тога, што је мања пролазна рупа, мања је и сама паразитска капацитивност. Што је мањи, то је погоднији за кола велике брзине. Међутим, смањење величине отвора такође доводи до повећања трошкова, а величина пролазне рупе не може се смањивати бесконачно. Ограничено је технологијом бушења и облагања: што је рупа мања, то је лакше избушити. Што дуже траје рупа, лакше је одступити од средишњег положаја; а када дубина рупе прелази 6 пута пречник избушене рупе, немогуће је осигурати да се зид рупе може равномерно обложити бакром. На пример, дебљина (дубина рупе) нормалне 6-слојне ПЦБ плоче је око 50 Мил, тако да је пречник бушења који произвођачи ПЦБ-а могу обезбедити само 8 Мил.

Друго, паразитска капацитивност виа

Сама рупа има паразитски капацитет према земљи. Ако је познато да је пречник изолационог отвора на слоју уземљења Д2, пречник међупростора је Д1, дебљина ПЦБ плоче је Т, а диелектрична константа подлоге плоче је ε, паразитска капацитивност отвора пролаза је приближно: Ц=1.41εТД1/(Д2-Д1) Главни утицај паразитског капацитета пролазне рупе на коло је да продужи време пораста сигнала и смањи брзина кола. На пример, за ПЦБ плочу дебљине 50Мил, ако се користи отвор са унутрашњим пречником од 10Мил и пречник јастучића од 20Мил, а растојање између јастучића и површине уземљеног бакра је 32Мил, онда можемо апроксимирати пролазну рупу горњом формулом. Паразитни капацитет је отприлике: Ц=1.41к4.4к0.{{30 }}50к0.020/(0.032-0.020)=0.517пФ, а варијација времена пораста узрокована овим делом капацитивности је: Т10-90=2.2Ц(З0/2 )=2.2 к0.517к(55/2)=31.28пс. Из ових вредности се може видети да иако ефекат успоравања растућег кашњења изазваног паразитском капацитивношћу једног пролаза није очигледан, ако се вез користи више пута у ожичењу за пребацивање између слојева, дизајнер и даље треба да пажљиво размотри.

3. Паразитна индуктивност вијаса

Слично томе, постоји паразитска индуктивност као и паразитски капацитет у пролазу. У дизајну дигиталних кола велике брзине, штета узрокована паразитском индуктивношћу пролазног отвора је често већа од утицаја паразитне капацитивности. Његова паразитска серијска индуктивност ће ослабити допринос заобилазног кондензатора и ослабити ефекат филтрирања читавог електроенергетског система. Можемо користити следећу формулу да једноставно израчунамо приближну паразитску индуктивност прелаза: () - Смернице за пројектовање ПЦБ-а - О ВАС где се Л односи на индуктивност прелаза, х је дужина пролаза, а д пречник централна избушена рупа. Из формуле се може видети да пречник пролазног отвора има мали утицај на индуктивност, али дужина пролазног отвора има велики утицај на индуктивност. И даље користећи горњи пример, индуктивност прелаза се може израчунати као: Л=5.08к0.050[лн(4к0.050/0.010) 1]=1.015нХ. Ако је време пораста сигнала 1нс, онда је његова еквивалентна импеданса: КСЛ=πЛ/Т10-90=3.19Ω. Таква импеданса се више не може занемарити када кроз њу пролази струја високе фреквенције. Посебно треба напоменути да премосни кондензатор треба да прође кроз два пропусна места када повезује слој напајања и слој уземљења, тако да ће се паразитна индуктивност вијаса удвостручити. 4. Преко дизајна у брзом ПЦБ-у. Кроз горњу анализу паразитских карактеристика везних отвора, можемо видети да у дизајну ПЦБ-а велике брзине, наизглед једноставни виас често доносе велике негативне ефекте на дизајн кола. ефекат.

Да бисмо смањили штетне ефекте које изазивају паразитски ефекти виаса, можемо се потрудити у дизајну:

1. Узимајући у обзир и цену и квалитет сигнала, изаберите разумну величину отвора. На пример, за 6-10 слојеве дизајна штампане плоче меморијског модула, боље је користити 10/20Мил (бушење/подметач) прелазе. За неке плоче високе густине и мале величине, такође можете покушати да користите 8/18 Мил виас. рупа. У тренутним техничким условима, тешко је користити вијачеве мање величине. За струјне или уземљене прелазе, размислите о коришћењу веће величине да бисте смањили импедансу.

2. Из две формуле о којима смо горе говорили, може се закључити да је употреба тање ПЦБ плоче корисна за смањење два паразитска параметра прикључка.

3. Покушајте да не мењате слој трагова сигнала на ПЦБ-у, односно покушајте да не користите непотребне прелазе.

4. Игле напајања и земљу треба избушити кроз рупе у близини. Што су проводници између рупа и пинова краћи, то боље, јер ће повећати индуктивност. У исто време, проводници напајања и уземљења треба да буду што дебљи да би се смањила импеданса.

5. Поставите неке уземљене отворе близу отвора где сигнал мења слојеве да бисте обезбедили блиску петљу за сигнал. Чак је могуће поставити велики број редундантних уземљења на ПЦБ. Наравно, постоји потреба за флексибилношћу у дизајну. Преко модел о коме се горе говори је случај где сваки слој има подлогу, а понекад можемо смањити или чак уклонити подлоге неких слојева. Нарочито у случају веома велике густине отвора, то може проузроковати сломљени прорез који изолује петљу на слоју бакра. Да бисмо решили овај проблем, поред померања положаја прелаза, можемо размотрити и постављање међупростора на слој бакра. Величина јастучића је смањена.