Cos'è una Via?
Una via (Vertical Interconnect Access) è un foro placcato in un PCB che crea connessioni elettriche tra diversi strati di rame. Le vie sono essenziali per instradare segnali e alimentazione attraverso schede multistrato, ma introducono effetti parassiti che possono degradare l'integrità del segnalead alte frequenze.
Intuizione Chiave
A frequenze superiori a 1 GHz, una via non è più solo una semplice connessione — diventa una discontinuità dilinea di trasmissionecon la propria impedenza, induttanza e capacità. Comprendere questi effetti parassiti è fondamentale per la progettazione moderna ad alta velocità, inclusi USB 3.x,PCIe eEthernet 10G+.
Una via tipica è composta da diversi componenti:
- Cilindro: Il cilindro placcato attraverso la scheda
- Pad: L'area di rame attorno al foro su ogni strato
- Anello anulare: L'anello di rame tra il foro e il bordo del pad
- Anti-pad: Il foro di clearance negli strati piani
Tipi di Via Spiegati
Scegliere il tipo di via giusto è cruciale per bilanciare costo, fabbricabilità e prestazioni. Ecco un confronto dettagliato di ogni tipo e quando usarli:
Via passante (PTH)
Collega tutti gli strati dall'alto verso il basso. Tipo più comune ed economico.
Vantaggi
- Costo più basso
- Produzione semplice
- Alta affidabilità
Svantaggi
- Crea stub sui layer di segnale
- Utilizza spazio di routing su tutti i layer
- Non adatto per alta densità
Migliore per
Routing generale, distribuzione di potenza, segnali a bassa velocità
Via cieca
Collega lo strato esterno a uno o più strati interni, ma non attraversa l'intera scheda.
Vantaggi
- Nessun stub sul lato opposto
- Migliore per alta velocità
- Risparmia spazio di routing
Svantaggi
- Costo più elevato
- Produzione più complessa
- Richiede laminazione sequenziale
Migliore per
Segnali ad alta velocità, schede HDI, progetti con spazio limitato
Via sepolta
Collega solo strati interni, invisibile da entrambe le superfici.
Vantaggi
- Densità massima di routing
- Nessun impatto sulla superficie
- Eccellente per HDI
Svantaggi
- Costo più elevato
- Produzione complessa
- Riparabilità limitata
Migliore per
Progetti HDI, dispositivi mobili, schede multistrato
Microvia
Piccola via forata laser (≤150µm) che collega strati adiacenti.
Vantaggi
- Effetti parassiti minimi
- Densità più elevata
- Migliore per alta velocità
Svantaggi
- Rapporto d'aspetto limitato
- Richiede foratura laser
- Costo per via più elevato
Migliore per
Fanout BGA, PCB per smartphone, packaging avanzato
Domande Frequenti
Cos'è lo stub di via e perché è importante?
Uno stub di via è la porzione inutilizzata di una via passante che si estende oltre lo strato di segnale. Ad alte frequenze (>3 GHz), questo stub agisce come un'antenna, causando risonanza e riflessione del segnale. Lo stub crea una risonanza a quarto d'onda a f = c/(4×L×√εr), dove L è la lunghezza dello stub. Per uno stub di 40 mil in FR-4, la risonanza si verifica intorno a 9 GHz, degradando significativamente segnali come PCIe Gen4 o USB 3.2.
Quando dovrei usare la foratura posteriore?
Utilizzare la foratura posteriore quando: (1) Le frequenze del segnale superano 5 GHz, (2) Gli stub di via sono più lunghi di 10 mil, (3) Il budget di perdita d'inserzione è stretto, (4) Si sta progettando PCIe Gen4+, Ethernet 25G o interfacce ad alta velocità simili. La foratura posteriore rimuove tipicamente lo stub fino a 8-10 mil dallo strato di segnale. L'aumento di costo è del 10-20% ma migliora drasticamente l'integrità del segnale.
Come calcolo l'induttanza di una via?
L'induttanza di via può essere approssimata come: L ≈ 5.08h × (ln(4h/d) + 1) nH, dove h è l'altezza della via in pollici e d è il diametro della via. Una tipica via da 10 mil attraverso una scheda da 62 mil ha ~1 nH di induttanza. Ridurre l'induttanza: usando vie di diametro maggiore, aggiungendo vie di massa vicine, usando più vie parallele per l'alimentazione, o usando microvie per percorsi più brevi.
Cos'è la via-in-pad e quando dovrei usarla?
La via-in-pad posiziona la via direttamente nel pad del componente anziché instradare a una via separata. Utilizzarla per: BGA a pitch fine (<0.8mm), gestione termica (dispositivi di potenza), condensatori di bypass ad alta frequenza e progetti con vincoli di spazio. La via deve essere riempita e planarizzata (processo VIPPO) per consentire una saldatura corretta. Questo aggiunge ~$0.02-0.05 per via ma consente progetti più densi.
Quante vie di massa servono attorno a una via di segnale?
Per un percorso di ritorno del segnale ottimale: utilizzare almeno 2 vie di massa per via di segnale per segnali single-ended, 4-6 vie di massa per coppie differenziali. Posizionare le vie di massa entro 20 mil dalle vie di segnale per frequenze superiori a 5 GHz. Questo mantiene l'impedenza attraverso la transizione via e minimizza l'induttanza. Per frequenze molto alte (>25 GHz), considerare gabbie di vie o strutture di vie coassiali.