PCB-Via-Rechner

Eine plattierte Durchgangsöffnung ist elektrisch gesehen ein kurzer Abschnitt einer Koaxialleitung. Das plattierte Gehäuse ist der Innenleiter; der in jede Ebene, die er durchquert, eingeschnittene Öffnung — das Antipad — ist der Außenleiter. Diese Identifikation macht die Geometrie handhabbar, und sie gibt Ihnen auch Aufschluss darüber, welche Dimension welches Ergebnis bestimmt.

Die Impedanz folgt direkt der koaxialen Form: $Z = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_r}} \ln\frac{D_a}{d}$, wobei $D_a$ der Durchmesser des Gegenpolsters und $d$ der Bohrer ist. Das Pad erscheint nicht. Ein 0,3-mm-Bohrer in einem 1,0 mm-Antipad auf FR-4 ergibt 35,2 Ω — deutlich unter einer 50 Ω -Linie. Aus diesem Grund wird eine nicht verwaltete Durchkontaktierung als kapazitive Diskontinuität gelesen.

Bei der Kapazität handelt es sich um das Pad, das gegen die Kante des Antipads wirkt. IPC-2141A gibt $C = \frac{0.0554\,\varepsilon_r\,T\,D}{D_a - D}$ pF mit Abmessungen in Millimetern an, wobei $D$ der Durchmesser des Pads ist. Beide Platten erscheinen, und der Abstand zwischen ihnen ist der Nenner, also ist der Abstand zwischen den Ebenen der wichtigste Hebel: Wird das Antipad bei einem 0,6 mm Pad von 0,8 mm auf 1,4 mm verbreitert, verringert sich die Kapazität um den Faktor drei. Der Bohrer ist keine Platte und gibt diesen Ausdruck überhaupt nicht ein.

Die Induktivität wird vom Rohr als kurzer runder Leiter auf seinem Rückweg abgeleitet, $L = 0.2h\left(\ln\frac{4h}{d} + 0.5\right)$ nH mit $h$ und $d$ in Millimetern. Es wächst mit der Länge und nur logarithmisch mit dem Durchmesser. Deshalb hilft es weitaus besser, eine Durchkontaktierung zu kürzen als sie zu mästen — was das Argument für ein Rückbohren ist.

Die Stromkapazität wirkt sich auf den plattierten Ring aus. Kupfer lagert sich an der Wand des Bohrlochs ab, sodass es den Ring vom Radius $d/2 - t$ bis zum $d/2$ einnimmt, woraus sich $A = \pi t (d - t)$ ergibt. Das ist ein viel kleinerer Querschnitt, als das Loch vermuten lässt: In einer Durchkontaktierung von 0,3 mm und einer Beschichtung von 25 µm sind nur 0,0216 mm² Kupfer enthalten, weniger als ein Drittel dessen, was ein massiver Stecker gleichen Durchmessers hätte.

Beachten Sie, dass $Z$ hier die charakteristische Impedanz der Durchkontaktierung als Übertragungsleitungsabschnitt angibt. Das ist nicht die gleiche Frage wie die Frage, um wie viel die Durchgangsstrecke eine Durchgangsflanke verschlechtert — hier kommt es auf die überhöhte Reaktanz im Vergleich zu dem an, was ein passender Abschnitt beigetragen hätte, was der Durchgangs-Antwort-Rechner verarbeitet.