Via est l’un des composants importants des PCB multicouches, et le coût du forage représente généralement 30% à 40% du coût de fabrication des PCB. En termes simples, chaque trou sur le PCB peut être appelé un via. Du point de vue de la fonction, les vias peuvent être divisés en deux catégories: l’une est utilisée pour les connexions électriques entre couches; l’autre est utilisé pour fixer ou positionner des dispositifs. En termes de processus, les vias sont généralement divisés en trois catégories, à savoir les vias aveugles, les vias enterrés et les vias traversants.

Les vias aveugles sont situés sur les surfaces supérieure et inférieure de la carte de circuit imprimé et ont une certaine profondeur. Ils sont utilisés pour relier la ligne de surface et la ligne intérieure sous-jacente. La profondeur du trou ne dépasse généralement pas un certain rapport (ouverture). Trou enterré fait référence au trou de connexion situé dans la couche interne de la carte de circuit imprimé, qui ne s’étend pas à la surface de la carte de circuit imprimé. Les deux types de trous mentionnés ci-dessus sont situés dans la couche interne de la carte de circuit imprimé et sont complétés par un processus de formation de trous traversants avant le laminage, et plusieurs couches internes peuvent se chevaucher lors de la formation du via. Le troisième type est appelé un trou traversant, qui pénètre dans toute la carte de circuit imprimé et peut être utilisé pour l’interconnexion interne ou comme trou de positionnement de montage de composant. Parce que le trou traversant est plus facile à réaliser dans le processus et que le coût est inférieur, il est utilisé dans la plupart des cartes de circuits imprimés au lieu des deux autres types de trous traversants. Les trous de via mentionnés ci-dessous, sauf indication contraire, sont considérés comme des trous de via.

1. Du point de vue de la conception, une via est principalement composée de deux parties, l’une est le trou de forage au milieu et l’autre est la zone de tampon autour du trou de forage. La taille de ces deux parties détermine la taille du via. De toute évidence, dans la conception de circuits imprimés à haute vitesse et haute densité, les concepteurs espèrent toujours que plus le trou de via est petit, mieux c’est, de sorte que plus d’espace de câblage peut être laissé sur la carte. De plus, plus le trou de via est petit, plus la capacité parasite est propre. Plus il est petit, plus il convient aux circuits à grande vitesse. Cependant, la réduction de la taille des trous entraîne également une augmentation du coût et la taille des vias ne peut pas être réduite indéfiniment. Il est limité par les technologies de processus telles que le perçage et le placage: plus le trou est petit, plus le forage est long, plus il est facile de s’écarter de la position centrale; et lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois le diamètre du trou percé, il ne peut être garanti que la paroi du trou peut être uniformément plaquée avec du cuivre. Par exemple, l’épaisseur (à travers la profondeur du trou) d’une carte PCB normale à 6 couches est d’environ 50Mil, de sorte que le diamètre de perçage minimum que les fabricants de PCB peuvent fournir ne peut atteindre que 8Mil.

Deuxièmement, la capacité parasite du trou de via lui-même a une capacité parasite au sol. Si l’on sait que le diamètre du trou d’isolement sur la couche de masse de la via est D2, le diamètre de la via pad est D1 et l’épaisseur de la carte PCB est T, La constante diélectrique du substrat de la carte est ε et la capacité parasite de la via est approximativement: C = 1.41εTD1 / (D2-D1) L’effet principal de la capacité parasite de la via sur le circuit est d’étendre le augmenter le temps du signal et réduire la vitesse du circuit. Par exemple, pour un PCB d’une épaisseur de 50Mil, si un via avec un diamètre intérieur de 10Mil et un diamètre de tampon de 20Mil est utilisé, et que la distance entre le pad et la surface de cuivre broyée est de 32Mil, alors nous pouvons approximer le via en utilisant la formule ci-dessus La capacité parasite est approximativement: C = 1.41x4.4x0.050x0.020 / (0.032-0.020) = 0.517pF, le changement de temps de montée causé par cette partie de la capacité est: T10-90 = 2.2C (Z0 / 2) = 2.2 x0.517x (55/2) = 31.28ps. On peut voir à partir de ces valeurs que bien que l’effet du retard de montée causé par la capacité parasite d’un seul via ne soit pas évident, si le via est utilisé plusieurs fois dans la trace pour basculer entre les couches, le concepteur doit toujours examiner attentivement.

3. Inductance parasite des vias De même, il existe des inductances parasites ainsi que des capacités parasites dans les vias. Dans la conception de circuits numériques à grande vitesse, les dommages causés par les inductances parasites des vias sont souvent plus importants que l’impact de la capacité parasite. Son inductance en série parasite affaiblira la contribution du condensateur de dérivation et affaiblira l’effet filtrant de l’ensemble du système d’alimentation. Nous pouvons simplement calculer l’inductance parasite approximative d’un via avec la formule suivante : L=5,08h[ln(4h/d)+1] où L se réfère à l’inductance du via, h est la longueur du via, et d est le centre Le diamètre du trou. On peut voir à partir de la formule que le diamètre de la via a une petite influence sur l’inductance, et la longueur de la via a la plus grande influence sur l’inductance. Toujours en utilisant l’exemple ci-dessus, l’inductance du via peut être calculée comme suit: L = 5.08x0.050 [ln(4x0.050 / 0.010) + 1] = 1.015nH. Si le temps de montée du signal est de 1ns, alors son impédance équivalente est : XL=πL/T10-90=3.19Ω. Une telle impédance ne peut plus être ignorée lorsque le courant à haute fréquence passe. Une attention particulière doit être accordée au fait que le condensateur de dérivation doit passer par deux vias lors de la connexion de la couche de puissance et de la couche de terre, de sorte que l’inductance parasite de la via double.

4. Via la conception en PCB haute vitesse. Grâce à l’analyse ci-dessus des caractéristiques parasites des vias, nous pouvons voir que dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, des vias apparemment simples apportent souvent de grands négatifs à la conception de circuits. effet. Afin de réduire les effets indésirables causés par les effets parasites des vias, les mesures suivantes peuvent être effectuées dans la conception autant que possible:

1. Parmi les deux aspects du coût et de la qualité du signal, sélectionnez une taille raisonnable de vias. Par exemple, pour la conception de PCB de module de mémoire à 6-10 couches, il est préférable d’utiliser des vias 10/20Mil (percés / pad). Pour certaines planches de petite taille à haute densité, vous pouvez également essayer d’utiliser 8/18Mil. trou. Dans les conditions techniques actuelles, il est difficile d’utiliser des vias plus petits. Pour les vias d’alimentation ou de mise à la terre, vous pouvez envisager d’utiliser une taille plus grande pour réduire l’impédance.

2. Les deux formules discutées ci-dessus peuvent être conclues que l’utilisation d’un PCB plus mince est bénéfique pour réduire les deux paramètres parasites du via.

3. Essayez de ne pas modifier les couches des traces de signal sur la carte PCB, c’est-à-dire essayez de ne pas utiliser de vias inutiles.

4. Les broches d’alimentation et de mise à la terre doivent être percées à proximité, et le fil entre la via et la broche doit être aussi court que possible, car elles augmenteront l’inductance. Dans le même temps, les fils de puissance et de mise à la terre doivent être aussi épais que possible pour réduire l’impédance.

5. Placez des vias mis à la terre près des vias de la couche de signal pour fournir la boucle la plus proche pour le signal. Il est même possible de placer un grand nombre de vias de terre redondants sur la carte PCB. Bien sûr, la conception doit être flexible. Le modèle via discuté précédemment est le cas où il y a des tampons sur chaque couche. Parfois, nous pouvons réduire ou même enlever les coussinets de certaines couches. Surtout lorsque la densité des vias est très élevée, cela peut conduire à la formation d’une rainure de rupture qui sépare la boucle dans la couche de cuivre. Pour résoudre ce problème, en plus de déplacer la position du via, nous pouvons également envisager de placer le via sur la couche de cuivre. La taille du tampon est réduite.