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PCB科技

PCB科技 - 電路板PCB通孔科技概述

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PCB科技 - 電路板PCB通孔科技概述

電路板PCB通孔科技概述

2021-10-18
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Author:Downs

PCB過孔是多層PCB的重要組成部分之一,鑽孔成本通常占PCB製造成本的30%至40%。 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,pcb通孔可分為兩類:

一種用於層間的電力連接,另一種用於設備的固定或定位。 在工藝方面,這些pcb通孔一般分為三類,即盲孔、埋孔和通孔。 盲孔位於印刷電路板的頂面和底面,具有一定的深度。 它們用於連接表面線和下麵的內部線。 孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。 埋孔是指位於印刷電路板內層的連接孔,不延伸到電路板的表面。 上述兩種類型的孔位於電路板的內層,在層壓之前通過通孔形成工藝完成,在形成通孔的過程中,可以重疊幾個內層。 第三種類型稱為通孔,它穿透整個電路板,可用於內部互連或作為元件安裝定位孔。 由於通孔在工藝上更容易實現,成本更低,囙此大多數印刷電路板都使用它來代替其他兩種通孔。 除非另有規定,否則以下通孔被視為通孔。


從設計角度來看,過孔主要由兩部分組成,一部分是中間的鑽孔,另一部分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。 顯然,在高速、高密度的PCB設計中,設計人員總是希望通孔越小越好,這樣可以在板上留下更多的佈線空間。 此外,通孔越小,其自身的寄生電容就越大。 它越小,就越適合高速電路。 然而,孔尺寸的减小也會導致成本的新增,通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,不能保證孔壁能均勻鍍銅。 例如,普通6層PCB板的厚度(通孔深度)約為50Mil,囙此PCB製造商可以提供的最小鑽孔直徑只能達到8Mil。


電路板



pcb通孔的寄生電容

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的直徑為D2,通孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,則板基板的介電常數為μ,通孔的寄生電容約為:C=1.41μTD1/(D2-D1)。 過孔的寄生電容對電路的主要影響是延長訊號的上升時間,降低電路的速度。 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,並且焊盤與接地銅區域之間的距離為32Mil,那麼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)=2.2x0.517x(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,但如果過孔在跡線中多次使用以在層之間切換,設計者仍應仔細考慮。


pcb通孔寄生電感

類似地,通孔中存在寄生電感和寄生電容。 在高速數位電路的設計中,通孔寄生電感造成的損壞往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感會削弱旁路電容器的貢獻,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通孔的近似寄生電感:L=5.08h[ln(4h/d)+1],其中L是通孔的電感,h是通孔長度,d是中心。 孔的直徑。 從公式中可以看出,pcb通孔的直徑對電感的影響很小,通孔的長度對電感影響最大。 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=πL/T10-90=3.19μ。 當高頻電流通過時,這種阻抗不能再被忽視。應特別注意的是,在連接電源平面和接地平面時,旁路電容器需要穿過兩個通孔,這樣通孔的寄生電感就會呈指數級新增。


高速PCB中的通孔設計。

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效果帶來很大的負面影響。 為了减少通孔寄生效應造成的不利影響,在設計中可以做以下工作:

1.考慮到成本和訊號質量,選擇合理的過孔尺寸。 例如,對於6-10層存儲模塊PCB設計,最好使用10/20Mil(鑽孔/焊盤)通孔。 對於一些高密度的小尺寸電路板,您也可以嘗試使用8/18Mil。 洞。 在現時的技術條件下,很難使用較小的通孔。 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.上述兩個公式可以得出結論,使用更薄的PCB有利於减少通孔的兩個寄生參數。

3.儘量不要改變PCB板上訊號走線的層數,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,電源線和地線應盡可能厚,以降低阻抗。

5.在訊號層的通孔附近放置一些接地通孔,為訊號提供最近的環路。 甚至可以在PCB板上放置大量冗餘的接地通孔。

當然,PCB設計需要靈活。 前面討論的過孔模型是每層都有焊盤的情况。 有時,我們可以减少甚至去除某些層的襯墊。 特別是當通孔的密度非常高時,可能會導致形成一個斷裂槽,將銅層中的環路隔開。 為了解决這個問題,除了移動通孔的位置外,我們還可以考慮將通孔放置在銅層上。 襯墊尺寸减小。