PCB新聞 - 關於過孔的PCB設計指南

1、Via

Via是 多層PCB, 鑽井成本通常占總成本的3.0%-40% PCB製造 費用. 簡單地說, PCB上的每個孔都可以稱為通孔. 從功能的角度來看, 過孔可分為兩類：一類用於層間的電力連接； 另一個用於固定或定位設備. 在流程方面, 這些過孔通常分為3類, 即盲孔, 埋入過孔和穿過過孔. 盲孔位於印刷電路板的頂部和底部表面，具有一定深度. 它們用於連接表面線和下麵的內部線. The depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (aperture). 埋孔是指位於印刷電路板內層的連接孔, 不會延伸到電路板表面. 上述兩種類型的孔位於電路板的內層, 並在層壓前通過通孔成型工藝完成, 在通孔的形成過程中，幾個內層可以重疊. 第3種類型稱為通孔, 它穿透整個電路板，可用於內部互連或作為組件安裝定位孔. 因為通孔更容易在過程中實現，並且成本更低, 大多數印刷電路板使用它，而不是其他兩種類型的通孔. 以下通孔, 除非另有規定, 被視為通孔.

從設計角度來看, 通孔主要由兩部分組成, 一個是中間的鑽孔, 另一個是鑽孔周圍的襯墊區域, 如下圖所示. 這兩個部分的大小决定了通孔的大小. 明顯地, 高速行駛時, 高密度PCB設計, 設計者總是希望通孔越小, 更好, 這樣可以在電路板上留下更多的佈線空間. 此外, 通孔越小, 自身寄生電容. 它越小, 更適合高速電路. 然而, 孔尺寸的减小也帶來了成本的新增, 過孔的尺寸不能無限减小. 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制：孔越小, 鑽孔越多，鑽孔時間越長, 越容易偏離中心位置； 當孔的深度超過鑽孔直徑的6倍時, 不能保證孔壁可以均勻鍍銅. 例如, the thickness (through hole depth) of a normal 6-layer PCB板 大約50Mil, 所以最小鑽孔直徑 PCB製造商 只能提供8Mil.

第二，過孔的寄生電容

通孔本身對地具有寄生電容。 如果已知通孔接地層上的隔離孔直徑為D2，通孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基板的介電常數為ε，則通孔的寄生電容約為：

C=1.41εTD1/（D2-D1）

通孔寄生電容對電路的主要影響是延長訊號的上升時間並降低電路速度。 例如，對於厚度為50Mil的PCB，如果使用內徑為10Mil、焊盤直徑為20Mil的過孔，並且焊盤和接地銅區域之間的距離為32Mil，則我們可以使用上述公式近似過孔，寄生電容大約為：C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.020）=0.517pF， 這部分電容引起的上升時間變化為：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2 x0.517x（55/2）=31.28ps。 從這些值可以看出，雖然單個過孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不明顯，但如果在軌跡中多次使用過孔來在層之間切換，設計者仍應仔細考慮。

第3，過孔的寄生電感

類似地，存在寄生電感和通孔的寄生電容。 在高速數位電路設計中，過孔寄生電感造成的危害往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感將削弱旁路電容器的貢獻，並削弱整個電力系統的濾波效果。 我們可以簡單地用以下公式計算過孔的寄生電感：

L=5.08h[ln（4h/d）+1]，其中L表示通孔的電感，h是通孔的長度，d是中心孔的直徑。 從公式中可以看出，通孔直徑對電感的影響較小，通孔長度對電感的影響最大。 仍然使用上述示例，通孔的電感可以計算為：L=5.08x0.050[ln（4x0.050/0.010）+1]=1.015nH。 如果訊號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為：XL=L/T10-90=3.19Î）。 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略。 需要特別注意的是，在連接電源面和接地層時，旁路電容器需要穿過兩個過孔，囙此過孔的寄生電感將呈指數級新增。

第四, via設計 高速PCB

通過以上對過孔寄生特性的分析, 我們可以在設計中看到這一點 高速PCBs, the seemingly simple process is
Holes often also bring great negative effects to circuit design. 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響, 在設計中可以做到以下幾點：

1、考慮成本和訊號質量，選擇合理的通孔尺寸。 例如，對於6-10層記憶體模組PCB設計，最好使用10/20Mil（鑽孔/焊盤）過孔。 對於一些高密度小型電路板，也可以嘗試使用8/18密耳。 洞 在當前技術條件下，很難使用較小的過孔。 對於電源或接地過孔，可以考慮使用更大的尺寸來减少阻抗。

2. 可以得出上面討論的兩個公式. 使用較薄的PCB有利於减少兩種類型的過孔.
運行狀況參數.

3. 儘量不要更改 PCB板, 也就是說, 儘量不要使用不必要的過孔.

4、電源和接地引脚應在附近鑽孔，通孔和引脚之間的引線應盡可能短，因為它們會新增電感。 同時，電源和接地線應盡可能厚，以减少阻抗。

5、在訊號層過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供最近的回路。 甚至可以在PCB板上放置大量冗餘接地過孔。 當然，設計需要靈活。 前面討論的過孔模型是每層上都有焊盤的情况。 有時，我們可以减少甚至移除某些層的焊盤。 特別是當過孔密度非常高時，可能會導致形成斷槽，將銅層中的回路分隔開來。 為了解决這個問題，除了移動過孔的位置外，我們還可以考慮將過孔放置在銅層上。 襯墊尺寸减小。