{"id":3585,"date":"2025-09-30T01:35:28","date_gmt":"2025-09-30T01:35:28","guid":{"rendered":"https:\/\/flj-pcb.com\/?p=3585"},"modified":"2025-09-30T05:59:09","modified_gmt":"2025-09-30T05:59:09","slug":"via-size-backdrill-high-speed-pcb-rules","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/flj-pcb.com\/da\/via-size-backdrill-high-speed-pcb-rules\/","title":{"rendered":"Via-st\u00f8rrelse, backdrill og h\u00f8jhastigheds PCB-regler"},"content":{"rendered":"
En via er en af de vigtigste dele af et flerlags printkort (PCB). P\u00e5 mange print udg\u00f8r boreomkostningerne ca. 30% til 40% af printets produktionsomkostninger. Med enkle ord kan ethvert hul p\u00e5 et printkort kaldes en via. Ud fra sin rolle har en via to hovedanvendelser: Den ene er at lave elektriske forbindelser mellem lag, og den anden er at fastg\u00f8re eller lokalisere dele.<\/p>\n\n\n\n
Hvis vi ser p\u00e5 fremstillingsprocessen, kan vias grupperes i tre typer: blind via, nedgravet via og gennemg\u00e5ende via (gennemg\u00e5ende hul via). En blind via starter fra PCB'ets \u00f8verste eller nederste overflade og g\u00e5r ned til et indre lag. Den har en vis dybde og bruges til at forbinde overfladespor med spor i det indre lag. Dybden af en blind via overstiger normalt ikke et bestemt forhold i forhold til hullets diameter. En nedgravet via er et hul, der kun forbinder de indre lag; det n\u00e5r ikke ned til nogen af printpladens overflader. B\u00e5de blinde og nedgravede vias laves inde i printet f\u00f8r laminering, og de kan overlappe flere indre lag under deres dannelse. Den tredje type er den gennemg\u00e5ende via. Dette hul g\u00e5r hele vejen gennem printet. Det kan bruges til interne sammenkoblinger eller som et monterings- eller lokaliseringshul til dele. Fordi gennemg\u00e5ende vias er nemmere at lave og billigere, bruger de fleste printkort dem i stedet for blinde eller nedgravede vias. I resten af denne tekst henviser ordet \u201cvia\u201d til en gennemg\u00e5ende via, medmindre vi siger andet.<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Via struktur og hvorfor st\u00f8rrelse betyder noget<\/h2>\n\n\n\n
Fra et designm\u00e6ssigt synspunkt har en via to hoveddele. Den ene er borehullet i midten. Den anden er pad-omr\u00e5det omkring det borede hul. St\u00f8rrelsen p\u00e5 disse to dele bestemmer via-st\u00f8rrelsen. N\u00e5r et printkort skal have h\u00f8j hastighed og h\u00f8j t\u00e6thed, \u00f8nsker designerne, at vias skal v\u00e6re s\u00e5 sm\u00e5 som muligt. Sm\u00e5 vias giver mere plads til routing p\u00e5 printet. Desuden har mindre vias lavere parasit\u00e6r kapacitans, s\u00e5 de passer bedre til h\u00f8jhastighedskredsl\u00f8b.<\/p>\n\n\n\n
Men at g\u00f8re vias mindre \u00f8ger omkostningerne. Desuden kan viast\u00f8rrelsen ikke reduceres ubegr\u00e6nset. Begr\u00e6nsningen kommer fra bore- og pletteringsprocesserne. Jo mindre hullet er, jo l\u00e6ngere tid tager det at bore, og jo mere kan boret vandre ud af centrum. Og n\u00e5r huldybden er mere end seks gange borediameteren, er det sv\u00e6rt at sikre, at hulv\u00e6ggen f\u00e5r en j\u00e6vn kobberbel\u00e6gning. For eksempel har et normalt printkort med seks lag en tykkelse (via-dybde) p\u00e5 ca. 50 mil. Under den foruds\u00e6tning kan printkortfabrikken normalt bore ned til en minimumsdiameter p\u00e5 ca. 8 mil.<\/p>\n\n\n\n
Parasitisk kapacitans af en via<\/h2>\n\n\n\n
En via har parasitisk kapacitans til jord. Hvis vi ved, at diameteren p\u00e5 jordingshullet p\u00e5 det plane lag er D2, at diameteren p\u00e5 via-puden er D1, at printpladetykkelsen er T, og at printpladens dielektriske konstant er \u03b5, s\u00e5 er den omtrentlige parasit\u00e6re kapacitans for via'en:<\/p>\n\n\n\n
C = 1,41 \u00d7 \u03b5 \u00d7 T \u00d7 D1 \/ (D2 - D1)\n<\/code><\/pre>\n\n\n\n
Denne formel giver et rimeligt sk\u00f8n over via-kapacitansen. Den parasit\u00e6re kapacitans g\u00f8r hovedsageligt signalets stigningstid l\u00e6ngere og s\u00e6nker dermed kredsl\u00f8bets hastighed.<\/p>\n\n\n\n
Lad os bruge et konkret eksempel. Lad os antage, at pladetykkelsen er 50 mil. Viaens indre diameter er 10 mil, og padens diameter er 20 mil. Afstanden mellem puden og det jordede kobberomr\u00e5de er 32 mil. Ved at bruge formlen ovenfor og tage \u03b5 = 4,4 f\u00e5r vi:<\/p>\n\n\n\n
Denne m\u00e6ngde kapacitans \u00e6ndrer stigetiden. Hvis den karakteristiske impedans er 55 ohm, er \u00e6ndringen i 10%-90%-stigningstiden for\u00e5rsaget af denne kapacitans cirka:<\/p>\n\n\n\n
Ud fra disse tal kan vi se, at en enkelt vias parasit\u00e6re kapacitans kun har en lille effekt p\u00e5 stigetiden. Men hvis et signal krydser mange vias, n\u00e5r det skifter lag, bliver effekten st\u00f8rre. S\u00e5 skal designeren t\u00e6nke grundigt over det.<\/p>\n\n\n\n
Parasitisk induktans af en via<\/h2>\n\n\n\n
Sammen med parasit\u00e6r kapacitans har en via ogs\u00e5 parasit\u00e6r induktans. I digitalt h\u00f8jhastighedsdesign er skaderne fra viaens parasit\u00e6re induktans ofte st\u00f8rre end skaderne fra den parasit\u00e6re kapacitans. Via'ens serieinduktans kan sv\u00e6kke effekten af bypass-kondensatorer og reducere filtreringsevnen i hele str\u00f8msystemet.<\/p>\n\n\n\n
En simpel tiln\u00e6rmet formel for via-induktansen er:<\/p>\n\n\n\n
L = 5,08 \u00d7 h \u00d7 [ ln(4h \/ d) + 1 ]\n<\/code><\/pre>\n\n\n\n
hvor:<\/p>\n\n\n\n
\n
L er via-induktansen,<\/li>\n\n\n\n
h er via-l\u00e6ngden,<\/li>\n\n\n\n
d er centerborets diameter.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
Ud fra formlen kan vi se, at via-diameteren har en lille effekt p\u00e5 induktansen, og at via-l\u00e6ngden har den st\u00f8rste effekt. Hvis vi bruger eksemplet ovenfor med h = 0,050 og d = 0,010, f\u00e5r vi:<\/p>\n\n\n\n
N\u00e5r der er h\u00f8jfrekvent str\u00f8m, kan en impedans p\u00e5 dette niveau ikke ignoreres. Bem\u00e6rk ogs\u00e5, at en bypass-kondensator, der er placeret for at forbinde str\u00f8mlaget og jordlaget, normalt har brug for to vias. Det betyder, at via-induktansen vil blive fordoblet for denne bypass-sti.<\/p>\n\n\n\n
Hvad det betyder for h\u00f8jhastighedsdesign<\/h2>\n\n\n\n
Ud fra ovenst\u00e5ende analyse af via-parasitter kan vi se, at en tilsyneladende simpel via kan for\u00e5rsage store negative effekter i et h\u00f8jhastigheds-PCB. For at reducere disse problemer kan designere pr\u00f8ve f\u00f8lgende foranstaltninger.<\/p>\n\n\n\n
\n
V\u00e6lg en rimelig via-st\u00f8rrelse<\/strong> T\u00e6nk p\u00e5 b\u00e5de omkostninger og signalkvalitet. Til hukommelsesmodulprint med 6 til 10 lag fungerer det f.eks. godt at v\u00e6lge en 10\/20 mil (drill\/pad) via. Til nogle sm\u00e5 print med h\u00f8j densitet kan du pr\u00f8ve 8\/18 mil vias. Med den nuv\u00e6rende teknologi er det sv\u00e6rt at lave vias, der er mindre end det. Brug st\u00f8rre st\u00f8rrelser til power- eller ground-vias for at s\u00e6nke impedansen.<\/li>\n\n\n\n
Brug en tyndere plade, hvis det er muligt<\/strong> Som formlerne viser, hj\u00e6lper en tyndere plade med at reducere b\u00e5de via-kapacitans og induktans.<\/li>\n\n\n\n
Undg\u00e5 un\u00f8dvendige lag\u00e6ndringer<\/strong> Pr\u00f8v at f\u00f8re signaler uden at skifte lag. Med andre ord, brug s\u00e5 f\u00e5 vias som muligt.<\/li>\n\n\n\n
Placer str\u00f8m- og jordstifter n\u00e6r vias<\/strong> S\u00e6t str\u00f8m- og jordstifter t\u00e6t p\u00e5 deres vias. Hold linjerne mellem vias og pin s\u00e5 korte som muligt, fordi lange linjer \u00f8ger induktansen. Brug tykkere ledninger til str\u00f8m og jord for at s\u00e6nke impedansen.<\/li>\n\n\n\n
Placer jordgennemf\u00f8ringer n\u00e6r vias til skift af signallag<\/strong> Anbring jordgennemf\u00f8ringer i n\u00e6rheden af gennemf\u00f8ringer, hvor signaler skifter lag. Det giver signalet en n\u00e6rliggende returvej. Du kan ogs\u00e5 tilf\u00f8je mange ekstra ground vias, hvis det er n\u00f8dvendigt. Men v\u00e6r fleksibel. Via-modellen, der blev diskuteret tidligere, forudsatte en pad i hvert lag. I nogle tilf\u00e6lde kan man reducere eller fjerne pads p\u00e5 nogle af de indre lag. N\u00e5r via-t\u00e6theden er meget h\u00f8j, kan store pads p\u00e5 en kobberst\u00f8bning danne et brudt loop. For at l\u00f8se dette kan du flytte nogle vias eller reducere padst\u00f8rrelserne p\u00e5 visse lag.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
Via-design til h\u00f8jhastigheds-PCB'er - praktiske forslag<\/h2>\n\n\n\n
H\u00f8jhastigheds-PCB'er bruger normalt flere lag, og vias er en vigtig faktor i designet. En via i et printkort best\u00e5r af tre dele: selve hullet, puden omkring hullet og str\u00f8mlagets isoleringszone (afstanden mellem str\u00f8m- og jordplanerne omkring viaen).<\/p>\n\n\n\n
Her er nogle praktiske punkter til h\u00f8jhastighedskort med flere lag:<\/p>\n\n\n\n
\n
Via st\u00f8rrelsesanbefalinger<\/strong> Til almindelige flerlagsplader med moderat t\u00e6thed er en via med dimensionerne 0,25 mm \/ 0,51 mm \/ 0,91 mm (bor \/ pad \/ str\u00f8misolering) et godt valg. Til tavler med h\u00f8j densitet kan 0,20 mm \/ 0,46 mm \/ 0,86 mm fungere. Ikke-belagte vias kan bruges i nogle designs. Overvej st\u00f8rre st\u00f8rrelser for at s\u00e6nke impedansen for str\u00f8m- eller jordgennemf\u00f8ringer.<\/li>\n\n\n\n
Zone for str\u00f8misolering<\/strong> Jo st\u00f8rre str\u00f8misoleringsomr\u00e5det er, desto bedre. Overvej via-t\u00e6theden p\u00e5 planet. Ofte bruges D1 = D2 + 0,41 som en retningslinje, hvilket betyder, at paddiameteren er lig med planets frigangsdiameter plus 0,41 mm. Det hj\u00e6lper med at holde frirummet bredt nok.<\/li>\n\n\n\n
Minim\u00e9r \u00e6ndringer af lag<\/strong> Reducer antallet af vias ved at undg\u00e5 un\u00f8dvendige lagskift i signalf\u00f8ringen.<\/li>\n\n\n\n
Brug tyndere plader<\/strong> Tyndere plader s\u00e6nker b\u00e5de kapacitans og induktans i vias.<\/li>\n\n\n\n
Korte og brede str\u00f8m-\/jordforbindelser<\/strong> Hold ledningen fra via til str\u00f8m- eller jordstiften kort. G\u00f8r sporene s\u00e5 brede som muligt til str\u00f8m eller jord for at reducere den induktive impedans.<\/li>\n\n\n\n
S\u00f8mning af jordede vias n\u00e6r vias, der skifter lag<\/strong> Tilf\u00f8j ground vias t\u00e6t p\u00e5 vias, hvor et signal bev\u00e6ger sig mellem lagene. Det giver signalet en kort returvej.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
Bem\u00e6rk ogs\u00e5, at via-l\u00e6ngden er en vigtig faktor for via-induktans. For gennemg\u00e5ende vias i top- og bundlag er via-l\u00e6ngden lig med den fulde pladetykkelse. N\u00e5r antallet af lag stiger, kan pladetykkelsen overstige 5 mm. I h\u00f8jhastighedsdesign holdes via-l\u00e6ngden normalt under 2,0 mm for at reducere via-relaterede problemer. Ved via-l\u00e6ngder p\u00e5 mere end 2,0 mm kan en for\u00f8gelse af via-diameteren hj\u00e6lpe med at genoprette impedanskontinuiteten. N\u00e5r via-l\u00e6ngden er 1,0 mm eller mindre, er den bedste via-diameter ca. 0,20 mm til 0,30 mm.<\/p>\n\n\n\n
Bagboring i PCB-produktion<\/h2>\n\n\n\n
1. Hvad er bagboring?<\/h3>\n\n\n\n
Backdrilling er et s\u00e6rligt boretrin, der bruges p\u00e5 plader med dybe huller. N\u00e5r vi f.eks. laver en 12-lags printplade, vil vi m\u00e5ske gerne forbinde lag 1 med lag 9. Normalt borer vi et gennemg\u00e5ende hul \u00e9n gang og pletter derefter. Det gennemg\u00e5ende hul g\u00e5r s\u00e5 fra lag 1 til lag 12, men vi har kun brug for en forbindelse mellem lag 1 og lag 9. Den ekstra sektion fra lag 10 til lag 12 fungerer som en stub. Denne stump p\u00e5virker signalvejene og kan for\u00e5rsage problemer med signalintegriteten i kommunikationssignaler. For at fjerne denne ekstra stump borer vi den ud fra bagsiden - et andet boretrin. Dette kaldes backdrilling. I praksis borer producenterne ikke alt ud, fordi de senere trin fjerner noget kobber, og boret har en tilspidset spids. S\u00e5 fabrikken efterlader normalt en meget lille stump. Den resterende stubl\u00e6ngde kaldes B-v\u00e6rdien, og en god B-v\u00e6rdi ligger normalt mellem 50 \u03bcm og 150 \u03bcm.<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
2. Hvorfor backdrill?<\/h3>\n\n\n\n
Bagboring giver flere fordele:<\/p>\n\n\n\n
\n
Det reducerer st\u00f8j og interferens.<\/li>\n\n\n\n
Det forbedrer signalintegriteten.<\/li>\n\n\n\n
Det kan g\u00f8re et lokalt omr\u00e5de af pladen tyndere.<\/li>\n\n\n\n
Det reducerer behovet for nedgravede eller blinde vias, hvilket s\u00e6nker kortets kompleksitet.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
3. Hvad g\u00f8r bagboring?<\/h3>\n\n\n\n
Backdrilling fjerner den via-sektion, der ikke hj\u00e6lper p\u00e5 forbindelsen eller signaloverf\u00f8rslen. Det forhindrer refleksioner, spredning, forsinkelse og andre effekter, der for\u00e5rsager \u201cforvr\u00e6ngning\u201d af signalet. Forskning viser, at ud over design, printmateriale, transmissionslinjer, stik og chipemballage har gennemg\u00e5ende vias stor indflydelse p\u00e5 signalintegriteten.<\/p>\n\n\n\n
4. Bagboringens arbejdsprincip<\/h3>\n\n\n\n
Backdrilling bruger et bor, der placeres ved at f\u00f8le PCB-overfladen. N\u00e5r borespidsen r\u00f8rer ved kobberfolien p\u00e5 printpladens overflade, genereres der en mikrostr\u00f8m. Denne str\u00f8m fort\u00e6ller maskinen printpladens overfladeh\u00f8jde. Maskinen borer derefter ned til den indstillede dybde og stopper.<\/p>\n\n\n\n
5. Backdrilling-processens trin<\/h3>\n\n\n\n
En typisk bagboringsproces kan se s\u00e5dan ud:<\/p>\n\n\n\n
a. Forsyn printkortet med registreringshuller. Brug disse huller til at udf\u00f8re det f\u00f8rste boretrin (det gennemg\u00e5ende hul). b. Efter den f\u00f8rste boring skal hullerne pletteres. Brug t\u00f8r film til at beskytte registreringshullerne efter behov, f\u00f8r du pletterer. c. Lav det ydre lags m\u00f8nster p\u00e5 den belagte plade. d. Udf\u00f8r m\u00f8nsterplettering. F\u00f8r m\u00f8nsterplettering behandles registreringshullerne igen med t\u00f8r film, hvis det er n\u00f8dvendigt. e. Brug registreringshullerne fra den f\u00f8rste boring til at placere br\u00e6ttet til bagboring. Brug et bor til at bore de belagte dele v\u00e6k, som skal bagbores. f. Efter bagboring vaskes de bagborede huller for at fjerne borest\u00f8v og rester.<\/p>\n\n\n\n
6. Tekniske egenskaber ved bagborede plader<\/h3>\n\n\n\n
De fleste bagborede plader er stive plader.<\/li>\n\n\n\n
Antallet af lag varierer normalt fra 8 til 50 lag.<\/li>\n\n\n\n
Pladetykkelsen er ofte 2,5 mm eller mere.<\/li>\n\n\n\n
Forholdet mellem tykkelse og diameter er relativt stort.<\/li>\n\n\n\n
Tavlest\u00f8rrelserne er store.<\/li>\n\n\n\n
Den indledende minimumsdiameter for boret er normalt \u2265 0,3 mm.<\/li>\n\n\n\n
Der er kun f\u00e5 spor i det yderste lag; printet bruger ofte et pinch-array til press-fit-huller.<\/li>\n\n\n\n
Backdrill-huller er normalt 0,2 mm st\u00f8rre end de huller, der skal fjernes.<\/li>\n\n\n\n
Tolerancen p\u00e5 bagboringsdybden er ca. \u00b10,05 mm.<\/li>\n\n\n\n
Hvis bagboringen skal n\u00e5 ned til lag M, skal den dielektriske tykkelse fra lag M til lag M-1 v\u00e6re mindst 0,17 mm.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
7. Typiske anvendelser for bagborede plader<\/h3>\n\n\n\n
Backdrilled boards bruges prim\u00e6rt i omr\u00e5der, hvor der er brug for meget god signalintegritet og store strukturer. Almindelige omr\u00e5der er kommunikationsudstyr, store servere, medicinsk elektronik, milit\u00e6r og rumfart. Da milit\u00e6r og rumfart er f\u00f8lsomme omr\u00e5der, fremstilles bagplader til disse omr\u00e5der ofte af forskningsinstitutter, R&D-centre eller PCB-producenter med st\u00e6rk baggrund inden for disse omr\u00e5der. I Kina kommer st\u00f8rstedelen af eftersp\u00f8rgslen efter bagplader fra kommunikationsindustrien, som vokser hurtigt.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n
Sammenfatning<\/h2>\n\n\n\n
Kort sagt er vias enkle, men afg\u00f8rende. De forbinder lag, og de tilf\u00f8jer ogs\u00e5 parasitisk kapacitans og induktans. Disse parasitter p\u00e5virker b\u00e5de signalets stigningstid, og hvor godt bypass-kondensatorer fungerer. Via-l\u00e6ngden driver hovedsageligt induktansen. Via-st\u00f8rrelse, pad-st\u00f8rrelse og clearance p\u00e5virker kapacitansen. Brug f\u00f8lgende tjekliste til h\u00f8jhastighedsdesign:<\/p>\n\n\n\n
\n
V\u00e6lg via-st\u00f8rrelser, der passer til pladet\u00e6thed og pris. Til mange tavler er 10\/20 mil godt; til t\u00e6ttere tavler kan du pr\u00f8ve 8\/18 mil. V\u00e6lg st\u00f8rre st\u00f8rrelser til power\/ground vias.<\/li>\n\n\n\n
Brug en tynd plade, hvis det er muligt. Det reducerer via-parasitter.<\/li>\n\n\n\n
Undg\u00e5 un\u00f8dvendige lagskift. Hold routing p\u00e5 det samme lag, n\u00e5r du kan.<\/li>\n\n\n\n
S\u00e6t str\u00f8m- og jordstifter i n\u00e6rheden af vias, og hold forbindelserne korte og brede.<\/li>\n\n\n\n
Tilf\u00f8j jordingsvias i n\u00e6rheden af signalvias, der skifter lag, for at give en kort returvej.<\/li>\n\n\n\n
Ved lange vias eller dybe plader kan man overveje at bagbore for at fjerne stubbe, der skader h\u00f8jhastighedssignaler.<\/li>\n\n\n\n
N\u00e5r via-t\u00e6theden er meget h\u00f8j, skal du overveje at reducere padst\u00f8rrelserne p\u00e5 nogle interne lag for at undg\u00e5 at \u00f8del\u00e6gge kobberindst\u00f8bninger.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
F\u00f8lg disse regler, og t\u00e6nk p\u00e5 hele systemet, ikke kun en enkelt via. I h\u00f8jhastighedsdesign er det de sm\u00e5 detaljer, der t\u00e6ller. En omhyggelig via-plan vil f\u00e5 dit kort til at fungere bedre, reducere risikoen og spare tid ved senere fejlfinding.<\/p>\n\n\n\n
![\"Three](\"https:\/\/flj-pcb.com\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/Three-types-of-vias.webp\")
<\/figure>\n\n\n\n![\"backdrilling\"](\"https:\/\/flj-pcb.com\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/backdrilling.webp\")
<\/figure>\n\n\n\n![\"backdrilled](\"https:\/\/flj-pcb.com\/wp-content\/uploads\/2025\/09\/backdrilled-board.webp\")
<\/figure>\n\n\n\n