高速PCB過孔要注意哪些事（上）

時間：2022-05-18作者：深圳市造物工場科技有限公司瀏覽：199

高速PCB過孔要注意哪些事（上）

過孔（via）是多層PCB線路板的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來，PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。




從作用上看，過孔可以分成兩類：

一是用作各層間的電氣連接

二是用作器件的固定或定位




如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔（blind via）、埋孔（buried via）和通孔（through via）。




 




盲孔

位于印刷線路板的**層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內層線路的連接，孔的深度通常不**過一定的比率（孔徑）。




埋孔

是指位于印刷線路板內層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內層，層壓前利用通孔成型工藝完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內層。




通孔

這種孔穿過整個線路板，可用于實現內部互連或作為元件的安裝定位孔。




由于通孔在工藝上較易于實現，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。




從設計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole），二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。




很顯然，在高速，高密度的PCB設計時，總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，較適合用于高速電路。




但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔（drill）和電鍍（plating）等工藝技術的限制：孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度**過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。




比如，如果一塊正常的6 層PCB 板的厚度（通孔深度）為50Mil，那么，一般條件下PCB 廠家能提供的鉆孔直徑只能達到8Mil。




隨著激光鉆孔技術的發(fā)展，鉆孔的尺寸也可以越來越小，一般直徑小于等于6Mil 的過孔，我們就稱為微孔。在HDI（高密度互連結構）設計中經常使用到微孔，微孔技術可以允許過孔直接打在焊盤上（Via-in-pad），這大大提高了電路性能，節(jié)約了布線空間。




過孔在傳輸線上表現為阻抗不連續(xù)的斷點，會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比傳輸線低12%左右，比如50 歐姆的傳輸線在經過過孔時阻抗會減小6 歐姆（具體和過孔的尺寸，板厚也有關，不是減?。?。




但過孔因為阻抗不連續(xù)而造成的反射其實是微乎其微的，其反射系數僅為：

（44-50）/（44+50）=0.06

過孔產生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。




過孔的寄生電容

過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基材介電常數為ε，則過孔的寄生電容大小近似于：

C=1.41εTD1/（D2-D1）




過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。




舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil，則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：

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 




從這些數值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，EDA365電子論壇提醒設計者還是要慎重考慮的。




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