|PCB过孔要留意~

|PCB过孔要留意~


过孔(via)是多层PCB线路板的重要组成部分之一 , 钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40% 。 简单的说来 , PCB上的每一个孔都可以称之为过孔 。
从作用上看 , 过孔可以分成两类:

  • 一是用作各层间的电气连接
  • 二是用作器件的固定或定位

如果从工艺制程上来说 , 这些过孔一般又分为三类 , 即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via) 。
盲孔
位于印刷线路板的顶层和底层表面 , 具有一定深度 , 用于表层线路和下面的内层线路的连接 , 孔的深度通常不超过一定的比率(孔径) 。

埋孔

是指位于印刷线路板内层的连接孔 , 它不会延伸到线路板的表面 。 上述两类孔都位于线路板的内层 , 层压前利用通孔成型工艺完成 , 在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层 。

通孔

这种孔穿过整个线路板 , 可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔 。

由于通孔在工艺上更易于实现 , 成本较低 , 所以绝大部分印刷电路板均使用它 , 而不用另外两种过孔 。 以下所说的过孔 , 没有特殊说明的 , 均作为通孔考虑 。
从设计的角度来看 , 一个过孔主要由两个部分组成 , 一是中间的钻孔(drill hole) , 二是钻孔周围的焊盘区 。 这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小 。

很显然 , 在高速 , 高密度的PCB设计时 , 总是希望过孔越小越好 , 这样板上可以留有更多的布线空间 , 此外 , 过孔越小 , 其自身的寄生电容也越小 , 更适合用于高速电路 。

但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加 , 而且过孔的尺寸不可能无限制的减小 , 它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制:孔越小 , 钻孔需花费的时间越长 , 也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时 , 就无法保证孔壁能均匀镀铜 。

比如 , 如果一块正常的6 层PCB 板的厚度(通孔深度)为50Mil , 那么 , 一般条件下PCB 厂家能提供的钻孔直径只能达到8Mil 。

随着激光钻孔技术的发展 , 钻孔的尺寸也可以越来越小 , 一般直径小于等于6Mil 的过孔 , 我们就称为微孔 。 在HDI(高密度互连结构)设计中经常使用到微孔 , 微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上(Via-in-pad) , 这大大提高了电路性能 , 节约了布线空间 。

过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点 , 会造成信号的反射 。 一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右 , 比如50 欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6 欧姆(具体和过孔的尺寸 , 板厚也有关 , 不是减小) 。

但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的 , 其反射系数仅为:
(44-50)/(44+50)=0.06
过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响 。

过孔的寄生电容

过孔本身存在着对地的寄生电容 , 如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2 , 过孔焊盘的直径为D1 , PCB板的厚度为T , 板基材介电常数为ε , 则过孔的寄生电容大小近似于:
C=1.41εTD1/(D2-D1)
过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间 , 降低了电路的速度 。

举例来说 , 对于一块厚度为50Mil的PCB板 , 如果使用内径为10Mil , 焊盘直径为20Mil的过孔 , 焊盘与地铺铜区的距离为32Mil , 则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是: