Πήγαμε σε ένα κατάστημα PCB και τους ρωτήσαμε: “10%;” Θα σας απαντούσαν με πλήρη εμπιστοσύνη: “Κανένα πρόβλημα!” Αν πιέσετε λίγο και ζητήσετε 8%, μπορεί να σκεφτούν για μια στιγμή και στη συνέχεια να πουν: “Αν η αντίσταση είναι 8%, θα πρέπει να το σκεφτείτε: ”Εντάξει (για τα εσωτερικά στρώματα)!“ Αν ρωτήσετε στη συνέχεια: ”Τι θα γίνει με τις εσωτερικές στρώσεις;", θα σας απαντήσουν: "Δεν θα γίνει τίποτα: "Μπορεί ένα via να ελεγχθεί σε 10%;" το καραβάκι της φιλίας μπορεί να... αναποδογυρίσει!
Το βασικό ερώτημα: Ανοχή σύνθετης αντίστασης
Τόσο τα ίχνη όσο και τα vias συνδέουν τα τσιπ πομποδέκτη. Γιατί, λοιπόν, τα ίχνη μπορούν να κρατηθούν σε 10% ενώ τα vias όχι; Γνωρίζουμε ότι ούτε τα ίχνη είναι εύκολο να ελεγχθούν. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την αντίσταση των ιχνών περιλαμβάνουν τον παράγοντα χάραξης, τη μετατόπιση στρώματος και την τραχύτητα της επιφάνειας. Για τις γραμμές μικροταινίας, η μάσκα συγκόλλησης και το πάχος του χαλκού έχουν επίσης σημασία. Παρ' όλα αυτά, πολλά κύρια καταστήματα κατασκευής πλακετών μπορούν να εγγυηθούν ανοχή σύνθετης αντίστασης 10% ή ακόμη και 8% για τα ίχνη. Για τα vias, απ' ό,τι γνωρίζω για τα καταστήματα κατασκευής πλακετών, κανένα δεν υπόσχεται να ελέγξει τη σύνθετη αντίσταση των via εντός 10%. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν πολλοί παράγοντες για τα vias που τα καταστήματα πλακετών δεν μπορούν να ελέγξουν, οπότε δεν μπορούν να το εγγυηθούν.
Τι καλύπτει αυτό το άρθρο
Σε αυτό το άρθρο, θα παρουσιάσω πρώτα δύο διεργασίες μέσω: τη διάτρηση και το γέμισμα μέσω. Πολλοί γνωρίζουν ότι η διάτρηση έχει σημασία, αλλά πόσο επηρεάζει η ανοχή στη διάτρηση την απόδοση του via; Για το γέμισμα, πολλοί πιστεύουν ότι το γέμισμα ενός via με ρητίνη ή soldermask θα αλλάξει την απόδοση του via. Δοκιμάζουμε αυτές τις επιδράσεις με προσομοίωση.
1. Διαδικασία γεώτρησης και ο αντίκτυπός της στην απόδοση του Via
Πρώτον, γεώτρηση. Συχνά ακούμε δύο ονόματα: μέγεθος τρυπανιού και μέγεθος τελικής οπής. Εάν σχεδιάζουμε μια οπή 8 mil στο αρχείο μας για την PCB, πιστεύετε ότι το εργοστάσιο θα χρησιμοποιήσει τρυπάνι 8 mil; Φυσικά και όχι. Ένα via πρέπει να συνδέει ίχνη σε διαφορετικά στρώματα. Η οπή πρέπει να είναι επιμεταλλωμένη έτσι ώστε ο χαλκός να περνάει κάθετα μέσα από την οπή. Αυτός είναι ο χαλκός με επιμεταλλωμένο χαλκό. Σύμφωνα με το πρότυπο IPC, το πάχος του επιμεταλλωμένου χαλκού έχει καθορισμένες απαιτήσεις, περίπου 18 μm έως 20 μm. Έτσι, τα εργοστάσια εγγυώνται ότι η οπή είναι 8 mil μετά την επιμετάλλωση. Αυτό το τελικό μέγεθος είναι η τελική οπή. Αυτό σημαίνει ότι το αρχικό μέγεθος του τρυπανιού πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 8 mil. Πόσο μεγαλύτερο; 10 mil; 12 mil; Αυτή η διαφορά μεγέθους έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση του διαύλου.
Σύμφωνα με τους κανόνες ανοχής των εργοστασιακών τρυπανιών, για μια τελική οπή 0,2 mm (8 mil) θα χρειαστεί τουλάχιστον ένα τρυπάνι 0,25 mm (10 mil). Εάν δεν καθορίσετε αυστηρότερο έλεγχο, το εργοστάσιο μπορεί να χρησιμοποιήσει τρυπάνι 0,3 mm (12 mil). Όλοι γνωρίζουν ότι ένα μεγαλύτερο τρυπάνι κάνει χαμηλότερη αντίσταση. Αλλά πόσο χαμηλότερη; Τα αποτελέσματα της προσομοίωσής μας μπορούν να σας το δείξουν.
Η προσομοίωση δείχνει ότι τα vias από 0,2 mm έως 0,3 mm έχουν διαφορά σύνθετης αντίστασης μεγαλύτερη από 5 Ω.
Αν εξετάσουμε τις απώλειες που προκαλούνται από το via, μπορούμε επίσης να δούμε σαφείς διαφορές.
Για αυτή τη διαδικασία διάτρησης μέσω μίας μόνο διάβασης, η ανοχή της κατεργασίας μπορεί να προκαλέσει από μόνη της μια μεταβολή μεγαλύτερη από 10%.
2. Μέσω πλήρωσης: Προσομοίωση και αποτελέσματα
Τώρα σχετικά με τη γέμιση. Πολλοί φίλοι ρώτησαν αν η πλήρωση ενός via επηρεάζει την απόδοση του via. Τους έλεγα συνέχεια: “Καμία επίδραση! Καμία επίδραση!” Με πίστεψαν, αλλά εξακολουθούσαν να έχουν κάποιες αμφιβολίες. Έτσι έκανα προσομοιώσεις για να το ελέγξω.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα μοντέλα για μη γεμισμένα και γεμισμένα vias. Το κόκκινο χρώμα σημαίνει ρητίνη ή συγκολλητική μάσκα που γεμίζει το via.
Συγκρίναμε την απώλεια επιστροφής και την απώλεια παρεμβολής για τις δύο περιπτώσεις. Γιατί υπάρχει μόνο μία γραμμή; Επειδή οι γραμμές επικαλύπτονται. Γιατί επικαλύπτονται; Επειδή δεν υπάρχει καμία επίδραση. Τα αποτελέσματα είναι τα ίδια.
Θεωρητικός λόγος: Γιατί η πλήρωση δεν έχει σημασία
Οποιοσδήποτε έχει ασχοληθεί με τη θεωρία των υψηλών ταχυτήτων γνωρίζει ότι σε υψηλότερες ταχύτητες το σήμα παρουσιάζει το φαινόμενο του δέρματος. Το σήμα ρέει κοντά στο εξωτερικό τοίχωμα του διαύλου. Έτσι, ανεξάρτητα από το τι διηλεκτρικό υπάρχει μέσα στο via, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταξύ σήματος και αναφοράς δεν τυλίγεται στο εσωτερικό. Εάν δεν υπάρχει πεδίο στο εσωτερικό, τότε το υλικό στο εσωτερικό του via δεν θα έχει καμία επίδραση.
