Mengapa vias ditempatkan seperti ini di PCB?

Saya biasa memeriksa PCB komersial yang kompleks, khususnya kartu grafis untuk melihat bagaimana perancang PCB profesional melakukan tata letak dan belajar dari teknik mereka.

Ketika saya memeriksa kartu yang ditunjukkan di bawah ini saya memperhatikan dua hal mengenai penempatan vias:

(Gambar dengan resolusi lebih tinggi ditunjukkan di sini ).

1. PCB dikelilingi oleh jahitan vias di sekitar tepi. Apa peran semua ini? Saya pikir mereka terhubung ke ground untuk bertindak sebagai perisai, jika itu benar, saya tidak bisa mengerti secara teknis bagaimana dengan penempatan ini mereka mencapai perisai ini?

2. Dengan melihat lebih dekat ke lubang pemasangan, saya perhatikan mereka menambahkan vias di sekitar pad, mengapa?

Cincin Tanah

Sekitar PCB, dan kadang-kadang area dalam PCB, dikelilingi oleh cincin jejak yang terhubung ke GND. Cincin itu ada di semua lapisan PCB dan terhubung bersama-sama dengan sekelompok vias.

Untuk menjelaskan apa yang dilakukannya, saya perlu menjelaskan apa yang terjadi ketika Anda tidak memiliki cincin dasar. Katakanlah pada Layer 2 Anda memiliki ground plane. Pada layer 1 Anda memiliki jejak sinyal yang mengarah ke tepi bidang tanah, dan berjalan beberapa inci di sepanjang tepi. Jejak sinyal ini secara teknis langsung di atas bidang tanah, tetapi tepat di tepi. Dalam hal ini bahwa jejak akan memancarkan EMI lebih dari jejak lainnya, juga impedansi jejak tidak akan terkontrol dengan baik. Cukup memindahkan jejak, sehingga tidak di tepi bidang tanah, akan menyelesaikan masalah. Semakin banyak "in" Anda memindahkannya semakin baik, tetapi sebagian besar desainer PCB akan memindahkannya setidaknya 0,050 inci.

Ada masalah serupa ketika Anda memiliki pesawat listrik. Pesawat listrik harus dipindahkan kembali dari tepi pesawat GND.

Menegakkan aturan-aturan ini, bahwa jejak tidak dapat berada dalam jarak 0,050 "dari tepi pesawat, sulit di sebagian besar paket perangkat lunak PCB. Ini bukan tidak mungkin, tetapi sebagian besar perancang PCB malas dan tidak ingin mengatur aturan rumit ini. Plus, ini berarti ada area PCB yang kosong dari jejak yang berguna.

Solusi untuk ini adalah dengan memasang cincin tanah dan ikat semuanya bersama-sama dengan vias. Ini secara otomatis akan mencegah sinyal lain masuk ke area PCB, tetapi juga memberikan pencegahan EMI yang lebih baik daripada hanya memindahkan jejak kembali. Untuk pesawat listrik, ini juga memaksa pesawat listrik kembali dari tepi (karena Anda baru saja meletakkan jejak GND di sana).

Lubang Pemasangan

Dalam kebanyakan kasus, Anda ingin menghubungkan lubang pemasangan Anda ke GND. Ini untuk alasan EMI dan ESD. Namun, sekrup benar-benar buruk untuk PCB. Katakanlah Anda memiliki lubang berlapis yang normal yang terhubung ke bidang tanah Anda. Sekrup itu sendiri dapat menghancurkan pelapisan di dalam lubang. Kepala sekrup dapat merusak bantalan pada permukaan PCB. Dan kekuatan penghancuran dapat menghancurkan pesawat GND di dekat sekrup. Kemungkinan kejadian ini jarang terjadi, tetapi banyak EE yang memiliki cukup masalah dengan ini untuk menghasilkan perbaikan.

(Saya harus mencatat bahwa menghancurkan pelapisan dan / atau pad biasanya menghasilkan flek logam menjadi longgar dan korslet sesuatu yang penting.)

Cara mengatasinya adalah: Tambahkan vias di sekitar lubang pemasangan untuk menghubungkan bantalan ke pesawat GND. Multi vias memberi Anda beberapa redundansi dan mengurangi induktansi / impedansi dari semuanya. Karena via tidak di bawah kepala sekrup, kecil kemungkinannya hancur. Lubang pemasangan kemudian dapat dilepas, mengurangi kemungkinan serpihan logam longgar korslet sesuatu.

Teknik ini tidak mudah, tetapi bekerja lebih baik daripada lubang pemasangan berlapis sederhana. Sepertinya setiap perancang PCB memiliki metode yang berbeda untuk melakukan ini, tetapi pemikiran dasar di baliknya sebagian besar sama.

Anda selalu ingin memiliki bidang tanah yang solid sebanyak mungkin. Lapisan dalam dapat memisahkan pulau-pulau darat, jadi harus terhubung ke semua pesawat / pulau secara bersamaan.

Namun, ada dua hal terpenting:

1. hindari memiliki ground loop dan
2. hindari memiliki antena ground.

Itu sebabnya Anda menambahkan vias sebanyak mungkin dan juga "menjahit" PCB sekitar.

VIA di lubang pemasangan ada untuk mengurangi biaya tenaga kerja perakitan. Jika Anda melihat lebih dekat, Anda akan melihat bahwa lubang pemasangan tidak berlapis dan ada celah kecil antara lubang dan bagian dalam pad.

Untuk menyolder melalui komponen lubang, papan akan melalui mesin pembuat gelombang. Jika lubang pemasangan berlapis, mereka perlu ditutup di sisi bawah dengan pita kapton misalnya. Ini akan mencegah solder naik lubang pemasangan tetapi meningkatkan biaya tenaga kerja perakitan.

Menggunakan VIA di bantalan lubang pemasangan, biarkan lubang pemasangan tidak berlapis dan bantalan masih terhubung ke bidang tanah. Di sisi bawah, bantalan lubang pemasangan ditutupi dengan soldermask. Dengan cara ini, tidak perlu menutupi mereka sebelum melewati mesin pembuat gelombang. Saat PCB dipasang di selungkup, kepala sekrup akan melakukan kontak listrik dengan bantalan atas lubang pemasangan dan selungkup.