高速PCB設計中放置PCB通孔

2020-05-19

在設計印刷電路板時(shí)，需要完成很多放置工作。首先，將需要放置所有原理圖符號。然后，它們可能會(huì )在原理圖完成之前被移動(dòng)并重新放置很多次。進(jìn)入布局后，將放置每個(gè)組件。并且與原理圖一樣，這些零件也將移動(dòng)很多，以?xún)?yōu)化布局以獲得好的電路性能和可制造性。

不過(guò)，還有一部分布局需要放置，而這些都是設計中的所有過(guò)孔。如果您從未想過(guò)將通孔添加為“放置”它們，那么您并不孤單。通孔通常被認為是走線(xiàn)工藝的一部分。水平走線(xiàn)直到遇到障礙物，然后向下走到下一層并垂直走線(xiàn)。但是，在高速設計中的過(guò)孔布置中，這種思維需要受到挑戰，因為過(guò)孔可能會(huì )對電路板的性能產(chǎn)生巨大影響。

設置高速設計中的過(guò)孔

您可以做的好的事情之一就是幫助您將通孔放置在高速設計中，這是在您進(jìn)入布局之前必須首先組織好自己。這意味著(zhù)您將獲得針對任何類(lèi)型的PCB布局所需的所有基礎知識的設計設置。您將要確保原理圖盡可能干凈和完整，并了解要在布局中使用的圖層堆疊。您還應該確保您的PCB足跡和其他庫零件是比較新的并且可以使用，并設置網(wǎng)格和其他設計參數。

設計設置的另一部分是準備將在布局中使用的過(guò)孔。這些通常在PCB零件庫中可用，或者您可以在CAD工具中自己創(chuàng )建它們。您設置的通孔應與布局的不同網(wǎng)絡(luò )和設計約束條件相關(guān)聯(lián)，以便在適當的位置使用正確的通孔。高速設計將需要混合使用不同尺寸和類(lèi)型的通孔：

通孔：這是幾乎所有PCB布局上都使用的標準通孔類(lèi)型，并鉆穿了從上到下的層，連接了整個(gè)PCB的所有層。您將需要較大的通孔通孔以進(jìn)行電源和接地連接，而需要較小的通孔以進(jìn)行常規信號路由。在某些情況下，您可能需要混合使用不同大小的通孔，具體取決于要布線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )的當前負載。

盲孔和埋孔：盲孔始于外層（頂部或底部），并終止于內層。另一方面，掩埋過(guò)孔在內層開(kāi)始和停止。這些通孔的制造成本更高，但可能成為布線(xiàn)密集設計的重要組成部分。

微型通孔：可以通過(guò)激光鉆孔而不是使用常規鉆頭創(chuàng )建微型通孔，從而使其更小。這在高密度設計中非常重要。

用于扇出布線(xiàn)的通孔

一旦開(kāi)始設計，您顯然必須先放置組件，然后才能進(jìn)行布線(xiàn)，但是仍然需要牢記最終的布線(xiàn)和通孔樣式。您將要開(kāi)始使用主要組件并將電路路徑分組在一起，然后在它們周?chē)砑虞^小的部分。放置去耦電容器時(shí)，請記住，將IC電源引腳連接到電路板另一側的電容器的過(guò)孔具有比兩部分都在同一側的電感大得多的電感。

放置通孔以將去耦電容器連接至IC只是您將要進(jìn)行的逃逸布線(xiàn)的一部分。包括球柵陣列（BGA）在內的大多數所有表面安裝零件都需要在其上添加通孔，以訪(fǎng)問(wèn)內層布線(xiàn)通道。這是為通孔使用設計網(wǎng)格的很大幫助：

使用寬的柵格進(jìn)行通孔間距將允許它們之間有更大的布線(xiàn)通道。

過(guò)孔的位置應有策略地放置，以允許在不同方向上布線(xiàn)以及轉動(dòng)大的走線(xiàn)總線(xiàn)。

與隨機放置的過(guò)孔相比，網(wǎng)格上與放置的組件對齊的過(guò)孔將提供更多的路由通道。

在某些情況下，一般遠離該器件布線(xiàn)，然后掉下通孔以避免阻塞布線(xiàn)通道。

從細間距BGA布線(xiàn)時(shí)，您可能必須使用較小的通孔，焊盤(pán)中的通孔或微通孔才能進(jìn)入所有逸出布線(xiàn)。BGA焊盤(pán)中常規鉆孔的通孔對此非常有幫助，但將需要額外的制造步驟來(lái)完成防止焊料通過(guò)孔芯吸走。BGA焊盤(pán)中的微孔也很有幫助，但由于高密度設計中的走線(xiàn)和空間公差很窄，因此對于制造商而言可能會(huì )更加困難。請記住，當您從高引腳數的器件（如BGA）中逃逸出布線(xiàn)時(shí)，重要的是您的通孔圖樣要留出內層布線(xiàn)通道的空間。

通孔和信號完整性

完成逸出布線(xiàn)后，就該開(kāi)始以蝕刻方式將網(wǎng)絡(luò )連接在一起了，但是您仍然需要注意如何在高速設計中布線(xiàn)和放置過(guò)孔。我們都知道PCB上的走線(xiàn)具有電感，但過(guò)孔也具有電感。盡管通孔的長(cháng)度與走線(xiàn)相比非常小，但仍可能會(huì )影響甚高頻線(xiàn)的信號完整性。因此，一般盡可能減少通孔的使用。這將幫助您避免任何額外的電感，長(cháng)度或其他信號完整性問(wèn)題，這些額外的過(guò)孔可能會(huì )導致高速或RF設計。有關(guān)在設計RF信號時(shí)要使用的一些好的實(shí)踐的更多信息。

高速設計中過(guò)孔放置的另一個(gè)問(wèn)題是布線(xiàn)差分對。您將希望盡可能避免使用過(guò)孔，但這通常很難做到。當您確實(shí)在差分對中使用過(guò)孔時(shí)，請將過(guò)孔放在兩條走線(xiàn)上以使其相等。此外，在通孔周?chē)季€(xiàn)差分對時(shí)，請確保不要在通孔的兩側分開(kāi)走線(xiàn)。兩條線(xiàn)需要保持在一起。

放置通孔進(jìn)行逃逸布線(xiàn)或總線(xiàn)布線(xiàn)時(shí)，請注意不要在接地層中形成連續的空隙。防墊在平面上的重疊可能會(huì )產(chǎn)生一個(gè)插槽，如下圖所示。該空隙會(huì )阻塞通過(guò)平面的清晰信號返回路徑，導致返回信號四處游蕩，試圖找到返回的路徑。這樣阻塞返回路徑會(huì )導致電路板的電磁干擾（EMI）和信號完整性問(wèn)題增加。有關(guān)設計良好的供電網(wǎng)絡(luò )（PDN）的更多有用信息。

高速設計中的另一個(gè)過(guò)孔問(wèn)題是過(guò)孔短截線(xiàn)。當使用將第1層連接到第2層的通孔過(guò)孔時(shí)，過(guò)孔仍將繼續延伸到板的另一側。多余的部分是線(xiàn)路上的存根，可能導致不希望的信號反射。這些存根可以通過(guò)稱(chēng)為反鉆的制造工藝來(lái)消除，或者使用盲孔和掩埋過(guò)孔可以將過(guò)孔疊層限制在它所連接的層上。

高速設計中的另一種有用的過(guò)孔技術(shù)是將“縫合”過(guò)孔放置在電路板上特定對象周?chē)蛘麄€(gè)電路板輪廓周?chē)??？p合過(guò)孔所產(chǎn)生的法拉第籠效應通過(guò)防止任何板對象充當天線(xiàn)來(lái)幫助抑制板中潛在的EMI問(wèn)題。同樣，通過(guò)將板的所有接地層與縫合過(guò)孔連接在一起，它可以幫助這些平面保持在相同的接地電位，這有助于提高信號完整性。

使用PCB設計CAD工具處理過(guò)孔

如您所見(jiàn)，通孔還有很多，而不僅僅是在高速設計中連接走線(xiàn)。您如何使用或不使用通孔可能會(huì )對設計最終的工作方式產(chǎn)生巨大影響。幸運的是，您的CAD工具可以為您提供創(chuàng )建，修改和管理通孔的方法，從而為您提供了很多幫助。您還可以使用網(wǎng)格，設計規則和約束來(lái)控制用于特定網(wǎng)，層或電路板區域的通孔。