電路板PCB過孔技術(shù)

過孔(VIA)是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的成本通常占PCB制造成本的30%-40%。簡單來說，PCB上的每一個(gè)孔都可以稱為過孔，從功能上看，過孔可以分為兩類：
首先，它用于層間的電連接；二是用于固定裝置或定位。就過程而言，這些過孔一般分為三類，即孔，盲埋孔和通孔盲埋孔位于印刷線路板塊的頂面和底面，并有一定的深度，用來連接下面的面線和內(nèi)線。孔的深度通常不超過一定的比例(孔直徑)。掩埋的孔指的是位于路板內(nèi)層， 印刷線，的連接孔，它沒有延伸到電路板的表面。上述兩種類型的孔位于電路板的內(nèi)層，在層壓之前通過通孔成型工藝完成，并且在形成過孔的過程中幾個(gè)內(nèi)層可以重疊。第三種類型被稱為通孔，其穿過整個(gè)電路板，并且可以用于內(nèi)部互連或組件安裝定位孔由于通孔在技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)并且成本更低，大多數(shù)印刷電路板使用它來代替其他兩個(gè)過孔。下面提到的過孔，除非另有說明，將被認(rèn)為是通孔。
從設(shè)計(jì)的角度來看，一個(gè)過孔主要由兩部分組成，一個(gè)是鉆中間的孔，另一個(gè)是鉆孔，周圍的焊盤區(qū)，如下圖所示。這兩個(gè)部分的大小決定了過孔的大小顯然，在高速高密度的PCB設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師總是希望過孔，越小越好，這樣就可以在板上留下更多的布線空間。此外，過孔，越小，其寄生電容越小，更適合高速電路。然而，孔面積的縮小也帶來了成本的增加，過孔的面積不能無限縮小。受鉆孔、電鍍等技術(shù)限制：孔，越小鉆孔，時(shí)間越長，越容易偏離中心位置；當(dāng)孔的深度超過孔，直徑的6倍時(shí)，就不可能保證孔墻能被均勻地鍍銅。例如，正常的6層印刷電路板的厚度(通孔深度)約為50密耳，因此印刷電路板制造商提供的鉆孔的最小直徑只能達(dá)到8密耳。
第二，過孔過孔本身的寄生電容對地也有寄生電容。如果已知過孔的隔離孔的直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，當(dāng)印刷電路板的厚度為t，板基材介常數(shù)為時(shí)，過孔的寄生電容約為：c=1.41  td1/(D2-D1)。過孔寄生電容對電路的主要影響是延長信號上升時(shí)間和降低電路速度。例如，對于厚度為50密耳的印刷電路板，如果使用內(nèi)徑為10密耳、焊盤直徑為20密耳的過孔，焊盤和地鋪銅區(qū)之間的距離為32密耳。那么我們可以通過上述公式近似計(jì)算出過孔的寄生電容為c=1.41 x  4.4 x  0.050 x  0.020/(0.032-0.020)=0.517 pf，該電容引起的上升時(shí)間變化為T10-90=2.2c(z0/2)=2.2x  0.517 x(55)從這些值可以看出，雖然單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不明顯，但如果
3.過孔寄生電感同樣，過孔也存在寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過孔寄生電感造成的危害往往大于寄生電容的影響。其寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn)和整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效果。我們可以通過下面的公式簡單地計(jì)算出一個(gè)過孔近似的寄生電感：L=5.08h[ln(4h/d) 1]，其中L指的是過孔，的電感，h是過孔，的長度，d是中心鉆孔的直徑，從公式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響不大，而過孔的長度對電感的影響最大。利用上面的例子，過孔的電感可以計(jì)算為l=5.08 x0.050[ln(4x  0.050/0.010)1]=1.015 NH.如果信號上升時(shí)間為1ns，則其等效阻抗為XL= L/T10-90=3.19 。這種阻抗在高頻電流通過時(shí)不能忽略。特別要注意的是，當(dāng)連接電源層和接地層時(shí)，旁路電容需要通過兩個(gè)過孔，因此過孔的寄生電感將會(huì)成倍增加。
4.通過對高速PCB過孔寄生特性的分析可以看出，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡單的過孔往往會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面影響。為了減少過孔寄生效應(yīng)造成的不利影響，我們可以盡最大努力：
1.從成本和信號質(zhì)量兩方面選擇合理的過孔尺寸。比如6-10層內(nèi)存模塊的PCB設(shè)計(jì)，最好選擇10/20Mil(鉆孔/焊盤)過孔，對于一些高密度小尺寸的板，也可以嘗試使用8/18Mil過孔。在目前的技術(shù)條件下，很難使用更小尺寸的過孔。對于電源或接地過孔，可以考慮采用更大的尺寸來降低阻抗。
2.從上面討論的兩個(gè)公式可以得出結(jié)論，使用更薄的印刷電路板有利于降低過孔的兩個(gè)寄生參數(shù)。
3.盡量不要改變PCB上信號布線的層數(shù)，也就是盡量不要使用不必要的過孔。
4.電源和接地的引腳應(yīng)該在附近打孔，過孔和引腳之間的引線越短越好，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致電感增加。同時(shí)，電源和接地的引線應(yīng)盡可能厚，以降低阻抗。
5.在信號層變化的過孔附近放置一些接地過孔，為信號提供最近的電路。甚至可以在PCB上放置大量冗余接地過孔。
當(dāng)然，在設(shè)計(jì)上需要靈活。上面討論的過孔模型是每層都有焊盤的情況。有時(shí)候，我們可以減少甚至去除一些層的焊盤。特別是當(dāng)過孔密度很大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致銅層形成斷槽。為了解決這個(gè)問題，除了移動(dòng)過孔的位置之外，我們還可以考慮減小銅層過孔的焊盤尺寸。