PCB設計通孔類(lèi)型和應用

2020-08-29

在PCB設計中使用過(guò)孔可以使設計人員縮短走線(xiàn)必須布線(xiàn)的距離，以完成其連接。就像使用洗衣槽一樣，通孔會(huì )將跡線(xiàn)下降到另一條有清晰路徑的層上，而不是在很長(cháng)的距離內徘徊。重要的是要了解什么是不同的通孔類(lèi)型和應用，以便有效地將它們用于制造和信號完整性。讓我們看一下PCB設計人員可用的不同通孔，以及如何使用它們。

通孔是連接到PCB的金屬電路的金屬襯里孔，這些孔在板的不同層之間傳導電信號。盡管過(guò)孔的大小，焊盤(pán)形狀和孔直徑可能有所不同，但是只有少數幾種不同的過(guò)孔類(lèi)型或結構：

通孔通孔：這是電路板上最常用的通孔類(lèi)型。用機械鉆頭在整個(gè)板上鉆出孔，尺寸可減小到6密耳。

埋孔：該孔僅連接板的內部層，對于布線(xiàn)非常密集的PCB很有用。

盲孔：該孔從板的頂部或底部開(kāi)始，但并沒(méi)有一直貫穿其中。

微孔：對于小于6密耳的孔，使用激光鉆孔的微孔。這些通孔僅連接板的兩個(gè)相鄰層，并且可以在表面上或掩埋在板層堆疊中。微型通孔具有多種用途，可以堆疊在一起或在掩埋通孔的頂部，但制造成本較高。

焊盤(pán)內通孔（VIP）：這些通孔可以是標準的通孔通孔或微通孔，但它們在表面安裝焊盤(pán)中的位置使其具有獨特性。如果使用標準機械鉆，則過(guò)孔將需要額外的制造步驟，以防止焊盤(pán)上的焊料向下流過(guò)孔。另一方面，微通孔不存在此問(wèn)題，但是由于高密度設計中的走線(xiàn)和空間公差更小，它們可能更難制造。

最終，使用哪種通孔取決于印刷電路板的技術(shù)，電路需求以及PCB制造的目標成本。例如，由于其尺寸較小，非常希望使用微孔，但這并不一定使其成為最佳選擇。微孔的制造涉及更多步驟，因此，與機械鉆孔的通孔相比，其價(jià)格更高。但是，如果您要設計高密度互連板，則微通孔將成為更好的選擇。以下是PCB設計中通孔的常用用法的細分：

信號路由：大多數電路板將使用通孔將信號路由放置在網(wǎng)格上。但是，密度板還可以使用盲孔或埋孔，而密度很高的板則需要微孔。

逸出布線(xiàn)：較大的表面貼裝（SMT）組件通?？梢酝ㄟ^(guò)通孔進(jìn)行逸出或扇出布線(xiàn)。在某些情況下，將使用盲孔或微通孔，在密度非常高的封裝（例如高引腳數BGA）上，將使用焊盤(pán)內通孔。

電源布線(xiàn)：由于用于電源和接地網(wǎng)的過(guò)孔會(huì )傳導更多電流，因此盡管也可以使用盲孔，但通常僅限于較大的通孔過(guò)孔。

縫合過(guò)孔：這些過(guò)孔用于提供與平面的多個(gè)連接，因此是通孔或盲孔。例如，電路的敏感區域可能被一條金屬帶圍繞，其中縫有過(guò)孔以連接到接地層以進(jìn)行EMI保護。 

熱過(guò)孔：在這種情況下，過(guò)孔用于將熱量從組件通過(guò)與其連接的內部平面層傳導出去。這通常需要較大的通孔或盲孔，并且這些孔通常也位于這些器件的焊盤(pán)中。

在PCB布局設計師開(kāi)始將過(guò)孔放入其電路板設計之前，有一些關(guān)于過(guò)孔的更多細節需要討論。我們已經(jīng)簡(jiǎn)短地討論了通孔和微孔之間的制造成本差異，如果您不準備這樣做的話(huà)，這可能是一次真正的喚醒?，F在，這里還要牢記其他一些注意事項。

長(cháng)寬比

使用機械鉆頭創(chuàng )建標準通孔時(shí)，請務(wù)必記住，最小可接受的鉆頭尺寸取決于電路板的厚度。機械鉆頭在其變得不可靠之前，可以鉆探多少材料受到限制。這是通過(guò)板厚度與鉆孔尺寸的關(guān)系來(lái)衡量的，PCB制造商通常要求其鉆孔尺寸的長(cháng)寬比不超過(guò)10：1。這意味著(zhù)對于厚度為62密耳的電路板，您應使用的最小機械鉆頭尺寸為6密耳或0.006英寸。如果需要的孔小于此值，則應考慮使用長(cháng)寬比為1：1的微孔。

環(huán)形圈

通孔焊盤(pán)的尺寸很重要。您需要確保在鉆出通孔后保留足夠大的環(huán)形圈。機械鉆在鉆進(jìn)時(shí)會(huì )漂移一點(diǎn)，并且如果沒(méi)有足夠的環(huán)形圈，通孔可能會(huì )因鉆頭破裂而受損。

信號完整性

盡管通孔非常短，但仍是導體的可測量長(cháng)度，可能會(huì )導致信號完整性要求嚴格的問(wèn)題。例如，連接十層板中最上面兩層的通孔過(guò)孔中將包含8層不必要的金屬，這可能會(huì )產(chǎn)生干擾。重要的是要找到類(lèi)似的問(wèn)題，并使用諸如對通孔進(jìn)行反向鉆孔的技術(shù)進(jìn)行補救，以在未使用的金屬充當天線(xiàn)之前將其從線(xiàn)路中清除。在這里，諸如Cadence Allegro之類(lèi)的PCB設計工具的信號完整性分析儀可以對設計人員非常有用，可以幫助他們在電路板投入生產(chǎn)之前發(fā)現這些問(wèn)題。

路由密度

在要對電路板的密集區域進(jìn)行布線(xiàn)的情況下，設計人員必須注意不要阻塞具有通孔的布線(xiàn)通道或接地平面返回路徑。這可能發(fā)生在高引腳數BGA之類(lèi)的密集部分中，在一個(gè)小區域中有數百個(gè)過(guò)孔。在這里，必須使用盲孔和微孔來(lái)規劃BGA逃逸通道，以便對每個(gè)引腳進(jìn)行布線(xiàn)，但重要的布線(xiàn)通道和平面不會(huì )在該部件下方被擋住。