PCB科技 - 印刷電路板製造商為您解釋pcb板的過孔

1 The basic concept of vias

Via is one of the important components of 多層PCB. 鑽井成本通常占總成本的30%-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 洞 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 PCB板.

上述兩種類型的孔均位於電路板的內層, 層壓前採用通孔成型工藝, 在通孔形成過程中，若干內層可能重疊. 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, 大部分印刷品 PCB板 用它代替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, 另一個是鑽頭周圍的襯墊區域. 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，孔加工過程越困難, 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, 無法確保孔壁均勻鍍銅. 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板 製造商只能提供8Mil.

2. Parasitic capacitance of via

The hole itself has parasitic capacitance to the ground. 如果已知通孔接地層上的隔離孔直徑為D2, 通孔墊的直徑為D1, PCB板的厚度為T, 板基板的介電常數為ε, The parasitic capacitance of the via is similar to:

C=1.41εTD1/(D2-D1)

The main effect of the parasitic capacitance of the vias on the circuit is to extend 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的通孔, 焊盤和接地銅區域之間的距離為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, 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)=31.28便士. 從這些值可以看出，雖然由單個通孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不明顯, 如果在記錄道中多次使用過孔以在層之間切換, 設計師仍應仔細考慮.

3. 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, 通孔的寄生電感通常比寄生電容造成更大的損壞. 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. We can simply calculate the parasitic inductance of a via with the following formula:

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, 通孔長度對電感的影響最大. 仍在使用上述示例, 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=ÏÌL/T10-90=3.19Ω. 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略. 應特別注意的是，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.

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 高速PCB設計, 看似簡單的通孔通常會給 PCB板 設計. 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響, the following can be done in the design:

1. 同時考慮成本和訊號質量, 通過尺寸選擇合理的尺寸. 例如, 用於6-10層記憶體模組PCB設計, 最好使用10/20Mil (drilled/pad) vias. 對於一些高密度小型電路板, 您也可以嘗試使用8/1800萬. hole. 在當前技術條件下, 很難使用較小的過孔. 用於電源或接地過孔, 您可以考慮使用更大的尺寸來减少阻抗.