PCB科技 - HDI板過孔應注意哪些問題

過孔是多層佈線的重要組成部分之一 PCB電路板, 而鑽探成本通常占 PCB製造. 簡單地說, 上的每個孔 HDI板 可以稱為via.

從功能的角度來看, 過孔可分為兩類：

一個用作層之間的電力連接

第二個是固定或定位設備

在流程方面, 這些過孔通常分為3類, 即盲孔, 埋入過孔和貫穿過孔.
盲孔位於印刷電路板的頂面和底面上，有一定的深度. 它們用於連接表面線和下麵的內部線. The depth of 這個 hole usually does not exceed a certain ratio (aperture).

Buried hole
It refers to the connection hole located in the inner layer of the printed circuit board, 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, 在層壓前通過通孔成型工藝完成, 在形成通孔的過程中，可能會有幾層內層重疊.

Through hole
This kind of hole penetrates the entire circuit board and can be used for internal interconnection or as a component installation positioning hole.
因為通孔更容易在過程中實現，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, 過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. 這兩部分的大小决定了過孔的大小.
明顯地, 在高速的設計中, 高密度 HDI板s, 人們總是希望通孔越小, 更好的, 這樣可以在板上留下更多的佈線空間. 此外, 通孔越小, 自身寄生電容越大. 小的, 更適用於高速電路.
然而, 孔尺寸的减小也會帶來成本的新增, 而且通孔的大小不能無限期地减小. 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制：孔越小, 鑽孔時間越長, 越容易偏離中心位置； 當鑽孔深度超過鑽孔直徑的6倍時, 不能保證孔壁能均勻鍍銅.
例如, if the thickness (through hole depth) of a normal 6-layer PCB板 是50Mil, 然後在正常條件下, 孔的直徑 PCB製造商 只能提供8Mil.
隨著雷射打孔科技的發展, 孔的大小可以越來越小. 通常地, 直徑小於或等於6Mil的通孔稱為微孔. Microvias are often used in HDI (High Density Interconnect Structure) designs. Microvia technology allows vias to be directly punched on the pad (Via-in-pad), 大大提高了電路效能，節省了佈線空間.
過孔顯示為傳輸線上阻抗不連續的中斷點, 這將導致訊號反射. 通常地, 通孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低12%左右. 例如, the impedance of a 50 ohm transmission line will decrease by 6 ohms when passing through the via (specifically, 它與通孔的尺寸和厚度有關, not reduction).
然而, 不連續阻抗引起的過孔反射實際上非常小, and the reflection coefficient is only: (44-50)/(44+50)=0.06. 過孔引起的問題更多地集中在寄生電容和電感上. 影響.

過孔寄生電容

通孔本身對地具有寄生電容. 如果已知通孔接地層上隔離孔的直徑為D2, 通孔墊的直徑為D1, 厚度 PCB板 是T, 板基板的介電常數為µ, then the parasitic capacitance of the via is approximately:
C=1.41µTD1/(D2-D1) The main effect of the parasitic capacitance of the via hole on the circuit is to prolong the rise time of the signal and reduce the speed of the circuit.
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, 焊盤與接地銅面積的距離為32Mil, 然後，我們可以使用上述公式近似過孔寄生電容大致為：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF
The change in rise time caused by this part of the capacitance is: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0個.517x(55/2)=31.28ps
From these values, 可以看出，雖然由單個通孔的寄生電容引起的上升延遲的影響並不明顯, 如果在跟踪中多次使用過孔以在層之間切換, the HDI板製造商 reminds the designer to Considered carefully.
Parasitic inductance of vias
Similarly, 存在寄生電感和過孔的寄生電容. 在高速數位電路設計中, 過孔寄生電感造成的危害通常大於寄生電容的影響. 其寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，削弱整個電力系統的濾波效果.
我們可以使用以下公式簡單地計算過孔的寄生電感：L=5.08h [ln(4h/d)+1]
Where L refers to the inductance of the via, 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很小, 而通孔的長度對電感有影響.

仍在使用上述示例, 通孔的電感可計算為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
If the rise time of the signal is 1ns, 則等效阻抗為：XL=ÏΝL/T10-90=3.19Ω
Such impedance can no longer be ignored when high-frequency current passes. 在連接電源層和接地層時，應特別注意旁路電容器需要通過兩個過孔, 這樣過孔的寄生電感將加倍.
Via design in high-speed PCB
Through the above analysis of the parasitic characteristics of vias, 我們可以在 高速PCB設計, 看似簡單的通孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響.

為了减少過孔寄生效應造成的不利影響，在設計中可以盡可能做到以下幾個方面：

考慮到成本和訊號質量，選擇一個合理的通孔尺寸。 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降低阻抗。

以上討論的兩個公式可以得出結論，使用更薄的PCB有助於减少過孔的兩個寄生參數.

電源和接地的插腳應在附近打孔, 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降低阻抗.
在 HDI板 不應盡可能多地更改, 這意味著應盡可能减少不必要的過孔.

在訊號層的過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供閉合回路. 甚至可以在 PCB板. 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.

尤其是過孔密度非常高時, 這可能會導致形成一個斷開槽，將銅層中的線圈隔開. 解决這個問題, 除了移動過孔的位置, 我們還可以考慮在銅層上放置通孔. 焊盤尺寸减小.
如何使用過孔：通過以上對過孔寄生特性的分析, 我們可以在 高速PCB設計, 看似簡單的過孔的不當使用往往會給電路設計帶來很大的負面影響.