PCB科技 - 高速HDI-PCB過孔設計的幾點考慮

在裡面 高速HDI PCB 設計, 通孔設計是一個重要因素. 它由一個孔組成, 孔周圍的襯墊區域, 以及電源層的隔離區域, 通常分為3種類型：盲孔, 埋孔和通孔. 在PCB設計過程中, 通過對過孔寄生電容和寄生電感的分析, 設計中的一些注意事項 高速PCB via摘要.

現時, 高速PCB 設計廣泛應用於通信領域, 電腦, 圖形和圖像處理及其他領域. 所有高科技增值電子產品設計都追求低功耗等特性, 低電磁輻射, 高可靠性, 小型化, 而且重量輕. 為了實現上述目標, 通孔設計是 高速PCB 設計.

1、Via

過孔是多層PCB設計中的一個重要因素。 通孔主要由3部分組成，一部分是孔； 另一個是孔周圍的焊盤區域； 第3個是電源層的隔離區。 通孔的工藝是通過化學沉積在通孔孔壁的圓柱面上鍍一層金屬，將需要連接到中間層的銅箔連接起來，通孔的上下側製成普通的焊盤，形狀可以直接與上下側的線連接，也可以不連接。 通孔可以起到電力連接、固定或定位裝置的作用。 通孔示意圖如圖1所示。

通孔示意圖

通孔通常分為3類：盲孔、埋孔和通孔。

盲孔位於印刷電路板的頂面和底面上，有一定的深度。 它們用於連接曲面線和基礎內線。 孔的深度和直徑通常不超過一定的比率。

埋入孔是指位於印刷電路板內層的連接孔，它不延伸到電路板的表面。

盲孔和埋孔均位於 電路板, 並在層壓前通過通孔成型工藝完成, 在通孔形成過程中，若干內層可能重疊.

通孔，通孔, 穿過整個 電路板, 可用於內部互連或組件安裝定位孔. 因為通孔更容易在過程中實現，成本更低, generally 印刷電路板 use through holes. 過孔的分類如圖2所示.

過孔的分類

2、過孔寄生電容

通孔本身具有對地寄生電容。 如果過孔接地層上隔離孔的直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB的厚度為T，板基板的介電常數為ε，則過孔的寄生電容類似於：

C=1.41µTD1/（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和降低電路的速度。 電容值越小，影響越小。

3、過孔寄生電感

通孔本身具有寄生電感。 在高速數位電路設計中，過孔寄生電感的危害往往大於寄生電容的影響。 通孔的寄生串聯電感會削弱旁路電容器的功能，削弱整個電力系統的濾波效果。 如果L是通孔的電感，h是通孔的長度，d是中心孔的直徑，

通孔的寄生電感類似於：

L=5.08h【ln（4h/d）1】

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。

4、非通孔科技

非通孔包括盲孔和埋孔。

在非通孔科技中, 盲孔和埋孔的應用可以大大减小PCB的尺寸和質量, 减少層數, 提高電磁相容性, 新增電子產品的特性, 降低成本, 也使設計工作更加簡單快捷. 在傳統的PCB設計和加工中, 通孔會帶來很多問題. 首先, 它們佔據了大量的有效空間, 其次, 大量的通孔密集在一個地方，也對 多層PCB. 這些通孔佔用了佈線所需的空間, 集中通過電源和地面. 導線層的表面也會破壞電源地線層的阻抗特性，使電源地線層失效. 而傳統的機械鑽孔方法的工作量將是非通孔科技的20倍.

在PCB設計中，雖然焊盤和過孔的尺寸逐漸减小，但如果板層的厚度不成比例地减小，則通孔的縱橫比將增大，而通孔的縱橫比的增大將降低可靠性。 隨著先進雷射打孔科技和电浆幹法刻蝕科技的成熟，非穿透性小盲孔和小埋孔的應用成為可能。 如果這些非穿透過孔的直徑為0.3mm，寄生參數將約為原始常規孔的1/10，從而提高了PCB的可靠性。

由於非通孔科技，PCB上的大通孔很少，這可以為佈線提供更多空間。 剩餘空間可用於大面積遮罩，以提高EMI/RFI效能。 同時，更大的剩餘空間也可用於內層，部分遮罩設備和關鍵網絡電纜，使其具有最佳的電力效能。 非通孔的使用使設備引脚更容易扇出，便於佈線高密度引脚設備（如BGA封裝設備），縮短佈線長度，並滿足高速電路的時序要求。

5、普通PCB中的通孔選擇

在普通PCB設計中，過孔的寄生電容和寄生電感對PCB設計的影響很小。 對於1-4層PCB設計，0.36mm/0.61mm/1.02mm（通常使用鑽孔/焊盤/電源隔離區） 過孔更好。 對於有特殊要求的訊號線（如電源線、地線、時鐘線等），可以選擇0.41mm/0.81mm/1.32mm過孔，也可以根據實際情況使用其他尺寸的過孔。

6. 中的Via設計 高速PCB

通過以上對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過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，可在設計中執行以下操作：

（1）選擇合理的通孔尺寸。 對於多層通用密度PCB設計，最好使用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鑽孔/焊盤/電源隔離區）通孔； 對於一些高密度PCB，0.20mm/0.46也可以使用mm/0.86mm過孔，也可以嘗試非貫通過孔； 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；

（2）考慮到PCB上的通孔密度，功率隔離面積越大越好，一般D1=D2 0.41；

（3）PCB上的訊號跡線不應盡可能改變，這意味著應盡可能减少過孔；

（4）使用更薄的PCB有助於减少過孔的兩個寄生參數；

（5）電源和接地引脚應通過附近的孔製作。 通孔和引脚之間的引線越短越好，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；

（6）在訊號改變層的過孔附近放置一些接地過孔，為訊號提供短距離環路。

當然，在設計時需要詳細分析具體問題。 考慮到成本和訊號質量，在高速PCB設計中，設計者總是希望通孔越小越好，以便在板上留下更多的佈線空間。 此外，通孔越小，其本身的寄生電容越小，越適合高速電路。

在裡面 高密度PCB 設計, the use of non-through 過孔 and the reduction 在裡面 the size of vias have also brought about an increase in cost, 而且通孔的大小不能無限期地减小. 受PCB製造商鑽孔和電鍍工藝的影響. Technical limitations should be given balanced consideration in the 設計 of 高速PCB vias.