高速pcb過(guò)孔設(shè)計(jì)

高速pcb過(guò)孔設(shè)計(jì)

目前，高速pc的設(shè)計(jì)在通信、計(jì)算機(jī)、圖形圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。所有高科技含量高的電子產(chǎn)品都追求能耗、低輻射、高可靠性、車(chē)輛管理、減少等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在高速pc的設(shè)計(jì)中，孔設(shè)計(jì)是一個(gè)重要因素。1銅箔焊接盤(pán)的制作過(guò)孔是多層PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素,一個(gè)過(guò)孔主要由三部分組成,一是孔;二是孔周?chē)暮副P(pán)區(qū);三是POWER層隔離區(qū)。過(guò)孔的工藝過(guò)程是在過(guò)孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤(pán)形狀,可直接與上下兩面的線(xiàn)路相通,也可不連。過(guò)孔可以起到電氣連接,固定或定位器件的作用。過(guò)孔示意圖如圖1所示。過(guò)孔一般又分為三類(lèi):盲孔、埋孔和通孔。盲孔,指位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線(xiàn)路和下面的內(nèi)層線(xiàn)路的連接,孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。埋孔,指位于印刷線(xiàn)路板內(nèi)層的連接孔,它不會(huì)延伸到線(xiàn)路板的表面。通孔,這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板,可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn),成本較低,所以一般印制電路板均使用通孔。過(guò)孔的分類(lèi)如圖2所示。2效率t標(biāo)準(zhǔn)過(guò)孔本身存在著對(duì)地的寄生電容,若過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過(guò)孔焊盤(pán)的直徑為D1,PCB的厚度為T(mén),板基材介電常數(shù)為ε,則過(guò)孔的寄生電容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2?D1)C=1.41εΤD1/(D2-D1)過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間,降低了電路的速度,電容值越小則影響越小。3增設(shè)串聯(lián)電容過(guò)孔本身就存在寄生電感,在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中,過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的作用,減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。若L指過(guò)孔的電感,h是過(guò)孔的長(zhǎng)度,d是中心鉆孔的直徑,過(guò)孔的寄生電感近似于:L=5.08h[ln(4h/d)+1]L=5.08h[ln(4h/d)+1]從式中可以看出,過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小,而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。4金融線(xiàn)路的應(yīng)用非穿導(dǎo)孔包含盲孔和埋孔。在非穿導(dǎo)孔技術(shù)中,盲孔和埋孔的應(yīng)用,可以極大地降低PCB的尺寸和質(zhì)量,減少層數(shù),提高電磁兼容性,增加電子產(chǎn)品特色,降低成本,同時(shí)也會(huì)使得設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)便快捷。在傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)和加工中,通孔會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題。首先它們占居大量的有效空間,其次大量的通孔密集一處也對(duì)多層PCB內(nèi)層走線(xiàn)造成巨大障礙,這些通孔占去走線(xiàn)所需的空間,它們密集地穿過(guò)電源與地線(xiàn)層的表面,還會(huì)破壞電源地線(xiàn)層的阻抗特性,使電源地線(xiàn)層失效。且常規(guī)的機(jī)械法鉆孔將是采用非穿導(dǎo)孔技術(shù)工作量的20倍。在PCB設(shè)計(jì)中,雖然焊盤(pán)、過(guò)孔的尺寸已逐漸減小,但如果板層厚度不按比例下降,將會(huì)導(dǎo)致通孔的縱橫比增大,通孔的縱橫比增大會(huì)降低可靠性。隨著先進(jìn)的激光打孔技術(shù)、等離子干腐蝕技術(shù)的成熟,應(yīng)用非貫穿的小盲孔和小埋孔成為可能,若這些非穿導(dǎo)孔的孔直徑為0.3mm,所帶來(lái)的寄生參數(shù)是原先常規(guī)孔的1/10左右,提高了PCB的可靠性。由于采用非穿導(dǎo)孔技術(shù),使得PCB上大的過(guò)孔會(huì)很少,因而可以為走線(xiàn)提供更多的空間。剩余空間可以用作大面積屏蔽用途,以改進(jìn)EMI/RFI性能。同時(shí)更多的剩余空間還可以用于內(nèi)層對(duì)器件和關(guān)鍵網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行部分屏蔽,使其具有最佳電氣性能。采用非穿導(dǎo)孔,可以更方便地進(jìn)行器件引腳扇出,使得高密度引腳器件(如BGA封裝器件)很容易布線(xiàn),縮短連線(xiàn)長(zhǎng)度,滿(mǎn)足高速電路時(shí)序要求。5過(guò)孔的選用在普通PCB設(shè)計(jì)中,過(guò)孔的寄生電容和寄生電感對(duì)PCB設(shè)計(jì)的影響較小,對(duì)1~4層PCB設(shè)計(jì),一般選用0.36mm/0.61mm/1.02mm(鉆孔/焊盤(pán)/POWER隔離區(qū))的過(guò)孔較好,一些特殊要求的信號(hào)線(xiàn)(如電源線(xiàn)、地線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm的過(guò)孔,也可根據(jù)實(shí)際選用其余尺寸的過(guò)孔。6對(duì)于非穿導(dǎo)孔的過(guò)孔通過(guò)上面對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設(shè)計(jì)中,看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響,在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:(1)選擇合理的過(guò)孔尺寸。對(duì)于多層一般密度的PCB設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),選用0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/焊盤(pán)/POWER隔離區(qū))的過(guò)孔較好;對(duì)于一些高密度的PCB也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm的過(guò)孔,也可以嘗試非穿導(dǎo)孔;對(duì)于電源或地線(xiàn)的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗;(2)POWER隔離區(qū)越大越好,考慮PCB上的過(guò)孔密度,一般為D1=D2+0.41mm;(3)PCB上的信號(hào)走線(xiàn)盡量不換層,也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔;(4)使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù);(5)電源和地的管腳要就近做過(guò)孔,過(guò)孔和管腳之間的引線(xiàn)越短越好,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線(xiàn)要盡可能粗,以減少阻抗;(6)在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔,以便為信號(hào)提供短距離回路。當(dāng)然,在設(shè)計(jì)時(shí)還需具體問(wèn)題具體分析。從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫婢C合考慮,在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)者總是希望過(guò)孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線(xiàn)空間,此外,過(guò)孔越小,其自身的