Chúng tôi đến một cửa hàng PCB và hỏi họ: “Các bạn có thể điều chỉnh trở kháng đường dẫn xuống mức 10% không?” Họ sẽ trả lời bạn một cách tự tin: “Không vấn đề gì!” Nếu bạn đòi hỏi thêm một chút và yêu cầu 8%, họ có thể suy nghĩ một lát rồi nói: “Được thôi (đối với các lớp bên trong)!” Nếu bạn hỏi tiếp: “Liệu lỗ via có thể được kiểm soát ở mức 10% không?”, con thuyền tình bạn nhỏ bé đó có thể… lật úp!
Câu hỏi cốt lõi: Dung sai trở kháng của đường dẫn so với lỗ thông
Cả đường dẫn và lỗ vias đều kết nối các chip thu phát. Vậy tại sao đường dẫn có thể được duy trì ở mức 10% trong khi lỗ vias lại không thể? Chúng ta biết rằng việc kiểm soát đường dẫn cũng không hề dễ dàng. Các yếu tố ảnh hưởng đến trở kháng của đường dẫn bao gồm hệ số ăn mòn, độ lệch lớp và độ nhám bề mặt. Đối với đường dây microstrip, lớp phủ hàn và độ dày đồng cũng rất quan trọng. Tuy nhiên, nhiều xưởng sản xuất bảng mạch chính thống vẫn có thể đảm bảo dung sai trở kháng 10% hoặc thậm chí 8% cho các đường dẫn. Đối với lỗ thông, theo những gì tôi biết về các xưởng sản xuất bảng mạch, không có xưởng nào hứa hẹn sẽ kiểm soát trở kháng lỗ thông trong phạm vi 10%. Điều đó có nghĩa là có nhiều yếu tố liên quan đến lỗ thông mà các xưởng sản xuất bảng mạch không thể kiểm soát, do đó họ không thể đảm bảo điều này.
Nội dung bài viết này đề cập đến những gì
Trong bài viết này, trước tiên tôi sẽ giới thiệu hai quy trình liên quan đến lỗ via: khoan và lấp đầy lỗ via. Nhiều người biết rằng việc khoan rất quan trọng, nhưng độ dung sai khi khoan ảnh hưởng đến hiệu suất của lỗ via đến mức nào? Đối với việc lấp đầy, nhiều người cho rằng việc lấp đầy lỗ via bằng nhựa hoặc lớp phủ chống hàn sẽ làm thay đổi hiệu suất của lỗ via. Chúng tôi đã kiểm tra những tác động này thông qua mô phỏng.
1. Quy trình khoan và tác động của nó đối với hiệu suất của lỗ dẫn
Đầu tiên là quá trình khoan. Chúng ta thường nghe đến hai thuật ngữ: kích thước mũi khoan và kích thước lỗ hoàn thiện. Nếu chúng ta thiết kế một lỗ có đường kính 8 mil trong tệp PCB, bạn có nghĩ nhà máy sẽ sử dụng mũi khoan 8 mil không? Tất nhiên là không. Một lỗ via phải kết nối các đường dẫn trên các lớp khác nhau. Lỗ này phải được mạ đồng để đồng chạy thẳng đứng xuyên qua lỗ. Đó chính là đồng mạ xuyên lỗ. Theo tiêu chuẩn IPC, độ dày đồng mạ xuyên qua có các yêu cầu nhất định, khoảng 18 µm đến 20 µm. Vì vậy, các nhà máy đảm bảo lỗ có kích thước 8 mil sau khi mạ. Kích thước cuối cùng đó là lỗ hoàn thiện. Điều đó có nghĩa là kích thước mũi khoan ban đầu phải lớn hơn 8 mil. Lớn hơn bao nhiêu? 10 mil? 12 mil? Sự chênh lệch kích thước này có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của lỗ thông.
Theo các quy tắc về dung sai khoan của nhà máy, để tạo ra lỗ hoàn thiện có đường kính 0,2 mm (8 mil), người ta sẽ sử dụng mũi khoan có đường kính ít nhất là 0,25 mm (10 mil). Nếu bạn không yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn, nhà máy có thể sử dụng mũi khoan có đường kính 0,3 mm (12 mil). Ai cũng biết rằng mũi khoan lớn hơn sẽ làm giảm trở kháng. Nhưng giảm bao nhiêu? Kết quả mô phỏng của chúng tôi sẽ cho bạn thấy.
Kết quả mô phỏng cho thấy các lỗ vias có đường kính từ 0,2 mm đến 0,3 mm có sự chênh lệch trở kháng lớn hơn 5 ohm.
Nếu xem xét các tổn thất do đường dẫn gây ra, chúng ta cũng có thể thấy những điểm khác biệt rõ rệt.
Đối với quy trình khoan đơn lẻ này, chỉ riêng dung sai gia công cũng có thể gây ra độ dao động lớn hơn 10%.
2. Phương pháp điền: Mô phỏng và kết quả
Bây giờ nói về việc lấp đầy lỗ via. Nhiều bạn bè đã hỏi liệu việc lấp đầy lỗ via có ảnh hưởng đến hiệu suất của lỗ via hay không. Tôi cứ nói với họ: “Không ảnh hưởng gì cả! Không ảnh hưởng gì cả!” Họ tin tôi, nhưng vẫn còn một chút nghi ngờ. Vì vậy, tôi đã thực hiện các mô phỏng để kiểm tra.
Hình dưới đây cho thấy các mẫu lỗ vias chưa được lấp đầy và đã được lấp đầy. Màu đỏ biểu thị nhựa hoặc lớp phủ chống hàn lấp đầy lỗ via.
Chúng tôi đã so sánh tổn thất phản xạ và tổn thất chèn cho hai trường hợp này. Tại sao chỉ có một đường? Bởi vì hai đường này chồng lên nhau. Tại sao chúng lại chồng lên nhau? Bởi vì không có sự khác biệt. Kết quả là như nhau.
Lý do lý thuyết: Tại sao việc lấp đầy lại không quan trọng
Bất kỳ ai có kiến thức về lý thuyết tốc độ cao đều biết rằng ở tốc độ cao, tín hiệu sẽ xuất hiện hiện tượng hiệu ứng bề mặt. Tín hiệu sẽ truyền dọc theo bề mặt bên ngoài của lỗ dẫn. Do đó, bất kể vật liệu điện môi bên trong lỗ dẫn là gì, trường điện từ giữa tín hiệu và điểm tham chiếu cũng không lan tỏa vào bên trong. Nếu không có trường điện từ bên trong, thì vật liệu bên trong lỗ dẫn sẽ không có tác động gì.
