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PCB科技 - 如何在PCB電路板佈線中設計過孔?

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如何在PCB電路板佈線中設計過孔?

2021-10-21
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Author:Downs

什麼是via?

過孔是多層印製電路板的重要組成部分之一, 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, 過孔通常分為3類, 即盲孔, 埋入過孔和通孔.

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。 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過程完成,並且在通孔形成過程中可以重疊多個內層。

第3種類型稱為通孔,穿透整個電路板,可用於內部互連或作為組件安裝定位孔。 由於通孔在加工過程中更容易實現且成本較低,囙此它被用於大多數印刷電路板中,而不是其他兩種通孔。 除非另有規定,否則以下通孔被視為通孔。

電路板

過孔的組成

從設計角度來看, 通孔主要由兩部分組成, 一個是中間的洞, 另一個是孔周圍的焊盤區域. 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,孔尺寸的减小也會帶來成本的新增,並且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,鑽孔所需時間越長。 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,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。

過孔寄生特性

1寄生電容

通孔本身具有對地寄生電容。 如果已知通孔接地層上的隔離孔直徑為D2,通孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基板的介電常數為ε,則通孔的寄生電容約為:

C=1.41εTD1/(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並降低電路速度。

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,並且焊盤和接地銅區域之間的距離為32Mil,則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量為:

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,但如果在軌跡中多次使用過孔來在層之間切換,設計者仍應仔細考慮。

2寄生電感

過孔中存在寄生電容和寄生電感。 在高速數位電路設計中,過孔寄生電感造成的危害往往大於寄生電容的影響。 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。 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]

其中L是通孔的電感,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較小,通孔長度對電感的影響最大。 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=ÏÌL/T10-90=3.19Î)

當高頻電流通過時,這種阻抗不再可以忽略。 需要特別注意的是,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。

過孔設計科技

中的Via設計 高速PCB 通過以上對電路板廠過孔寄生特性的分析, 我們可以在高速行駛中看到這一點 PCB設計, 看似簡單的通孔通常會給電路設計帶來很多東西. 負面影響. 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響, 在設計中可以做到以下幾點: