高速pcb過孔設(shè)計(jì)

高速pcb過孔設(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銅箔焊接盤的制作過孔是多層PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素,一個(gè)過孔主要由三部分組成,一是孔;二是孔周圍的焊盤區(qū);三是POWER層隔離區(qū)。過孔的工藝過程是在過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,而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀,可直接與上下兩面的線路相通,也可不連。過孔可以起到電氣連接,固定或定位器件的作用。過孔示意圖如圖1所示。過孔一般又分為三類:盲孔、埋孔和通孔。盲孔,指位于印刷線路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接,孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。埋孔,指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會(huì)延伸到線路板的表面。通孔,這種孔穿過整個(gè)線路板,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。過孔的分類如圖2所示。2效率t標(biāo)準(zhǔn)過孔本身存在著對(duì)地的寄生電容,若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的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2?D1)C=1.41εΤD1/(D2-D1)過孔的寄生電容會(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,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。過孔的寄生串聯(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指過孔的電感,h是過孔的長(zhǎng)度,d是中心鉆孔的直徑,過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孔的長(zhǎng)度。4金融線路的應(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)帶來許多問題。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)層走線造成巨大障礙,這些通孔占去走線所需的空間,它們密集地穿過電源與地線層的表面,還會(huì)破壞電源地線層的阻抗特性,使電源地線層失效。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、過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上大的過孔會(huì)很少,因而可以為走線提供更多的空間。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,縮短連線長(zhǎng)度,滿足高速電路時(shí)序要求。5過孔的選用在普通PCB設(shè)計(jì)中,過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/POWER隔離區(qū))的過孔較好,一些特殊要求的信號(hào)線(如電源線、地線、時(shí)鐘線等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm的過孔,也可根據(jù)實(shí)際選用其余尺寸的過孔。6對(duì)于非穿導(dǎo)孔的過孔通過上面對(duì)過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設(shè)計(jì)中,看似簡(jiǎn)單的過孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:(1)選擇合理的過孔尺寸。對(duì)于多層一般密度的PCB設(shè)計(jì)來說,選用0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/焊盤/POWER隔離區(qū))的過孔較好;對(duì)于一些高密度的PCB也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm的過孔,也可以嘗試非穿導(dǎo)孔;對(duì)于電源或地線的過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上的過孔密度,一般為D1=D2+0.41mm;(3)PCB上的信號(hào)走線盡量不換層,也就是說盡量減少過孔;(4)使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù);(5)電源和地的管腳要就近做過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗,以減少阻抗;(6)在信號(hào)換層的過孔附近放置一些接地過孔,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