PCB部落格 - 如何管理高密度HDI PCB板通孔

高密度互連 PCB電路板 設計

用於HDI設計的通孔，使用設計規則進行有效的通孔管理，正如硬體商店需要管理和顯示各種類型、度量、資料、長度、寬度和間距等。釘子、螺釘安裝、PCB板設計對象（如通孔）也需要在現場進行管理，特別是在高密度設計中。 傳統的PCB板設計可能只使用幾個不同的通孔，但今天的高密度互連（HDI）設計需要許多不同類型和尺寸的通孔。 每個通孔都需要進行管理，以便正確使用，確保改進的板效能和無錯誤的可製造性。 本文將詳細介紹在PCB設計中管理高密度通孔的需要以及如何實現。

驅動高密度PCB板設計的因素

隨著對小型電子設備的需求持續增長，驅動這些設備的印刷電路板也必須收縮，以便能够安裝到設備中。 同時，電子設備必須在電路板上添加更多組件和電路，以滿足效能改進要求。 PCB組件的尺寸不斷减小和引脚數量不斷增加使得問題複雜化，因為必須設計更小的引脚和更緊密的間距。 對於PCB板設計師來說，這相當於一個越來越小的袋子，裡面裝的東西越來越多。 傳統的電路板設計方法很快就達到了極限。

顯微鏡下的PCB通孔

為了滿足在更小的電路板尺寸上新增更多電路的需求，出現了一種新的PCB板設計方法-高密度互連，簡稱HDI。 HDI設計採用了更先進的電路板製造技術，具有更小的線寬和更薄的資料，並採用雷射鑽孔的盲孔和埋入式通孔或微孔。 由於這些高密度特性，更多的電路可以放置在更小的板上，並為多引脚集成電路提供可行的連接解決方案。

使用這些高密度通孔還帶來了其他幾個好處：

佈線通道：由於盲孔和埋入式通孔和微通孔不穿透層堆棧，囙此在設計中創建了額外的佈線通道。 通過戰略性地放置這些不同的通孔，設計者可以用數百個管脚佈線設備。 如果只使用標準通孔，那麼具有如此多引脚的器件通常會阻塞所有內層佈線通道。

信號完整性：小型電子設備上的許多訊號也有特定的信號完整性要求，通孔無法滿足此類設計要求。 這些通孔可形成天線，引入EMI問題，或影響關鍵網絡的訊號返回路徑。 使用盲和埋置通孔或微通孔消除了使用通孔引起的潜在信號完整性問題。

為了更好地理解上面提到的這些通孔，讓我們來看看不同類型的通孔及其在高密度設計中的應用。

PCB板設計工具中的過孔清單顯示了不同的過孔類型和配寘

高密度互連通孔的類型和結構

通孔是電路板上連接兩個或多個堆疊層的孔。 典型地，通孔將由跡線攜帶的訊號從板的一層傳輸到另一層上的對應跡線。 為了在跡線層之間傳導訊號，通孔在製造過程中被金屬化。 通孔尺寸和焊盤根據具體應用而變化。 較小的通孔用於訊號佈線，而較大的通孔則用於電源和接地佈線，或幫助散熱過熱器件。

電路板上不同類型的通孔

1）通孔：通孔是標準通孔，自首次引入以來一直用於雙面印刷電路板。 在整個電路板上機械鑽孔並電鍍。 然而，根據鑽頭直徑與板厚度的縱橫比，機械鑽頭可鑽的孔直徑存在限制。 一般來說，通孔的直徑不小於0.15mm。

2）盲通孔：與通孔一樣，這些通孔也採用機械管道鑽孔，但隨著製造步驟的新增，只有一部分電路板從表面鑽孔。 盲通孔也受到鑽孔尺寸限制； 然而，根據電路板的哪一側，我們可以在盲孔上方或下方佈線。

3）埋入式通孔：與盲通孔一樣，埋入式過孔也是機械鑽孔，但起始和終止於電路板的內層，而不是表面。 由於需要埋置在板層堆疊中，這樣的通孔還需要額外的製造步驟。

4）微孔：該通孔通過雷射燒蝕，直徑小於機械鑽的0.15mm極限。 由於通孔僅跨越板的兩個相鄰層，它們的縱橫比使得可用於電鍍的孔小得多。 微孔也可以放置在電路板的表面或內部。 微孔通常是填充和電鍍的，並且基本上是隱藏的，囙此它們可以放置在諸如球栅陣列（BGA）的組件的表面安裝組件焊球中。 由於孔徑小，微孔所需的焊盤也比普通通孔小得多，約為0.300mm。

高密度設計的典型微孔

根據設計要求，上述不同類型的通孔可以配寘為一起工作。 例如，微孔可以與其他微孔或埋入式通孔堆疊。 這些通孔也可以是交錯的。 如前所述，可以在表面安裝組件的引線的焊盤內放置微孔。 通過消除從表面安裝焊盤到扇出通孔的傳統跡線，進一步緩解了佈線擁塞問題。 上述不同類型的通孔可用於HDI設計。 接下來，讓我們看看PCB板設計師如何有效地管理過孔的使用。

PCB設計CAD工具中的高密度通孔管理

雖然只有幾種類型的通孔可用於： PCB板 設計, 有許多方法可以創建不同的大小和形狀. 用於電源和接地連接的通孔通常比用於常規佈線的通孔大, 除了放置在具有幾百個引脚的大型BGA組件底部的通孔之外. 為了這些, 除BGA焊盤外，表面安裝焊盤中可能還需要微孔. 而更大的組件將受益於使用微孔, 微孔不適用於具有較少引脚的傳統表面安裝組件； 此佈線建議使用標準通孔. 這些通孔小於電源和接地通孔, 並且為了散熱而更大. 此外, 可以使用各種尺寸的盲孔和埋孔. 明顯地, 在HDI設計中, 很容易被滿足所有設計需求所需的許多不同通孔所淹沒. 而設計師可以跟踪其中一些通孔, 隨著通孔尺寸的新增，通孔越來越難以管理. 設計師不僅必須管理所有這些通孔, 但取決於電路板的面積, 同一網絡可以使用不同的通孔. 例如, 時鐘訊號可以通過SMT焊盤中的微孔從BGA引脚中引出, 但隨後返回到該軌跡下一段上的埋入過孔. 但對於這個網, 不要使用傳統的通孔, 因為額外的桶壁可能會在 PCB板.