资料下载
×
PCB知识：如何使用过孔资料下载
消耗积分:0 |
格式:pdf |
大小:215.44KB |
2021-04-05
分享资料个
过孔简介
过孔（via）是多层 PCB 的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占 PCB 制板费用的 30%~40%。简单的来说，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：
用作各层间的电气连接；
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：
盲孔(blind via)
埋孔 (buried via)
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。
类似上图箭头位置是via hole
从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成：
中间的钻孔（drill hole）
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PCB 设计时，设计者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，现在正常的一块 6 层 PCB 板的厚度（通孔深度）为 50Mil 左右，所以 PCB 厂家能提供的钻孔直径最小只能达到 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 6Mils 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。
过孔对信号传输的影响：寄生电容和寄生电感
VIA ON PAD设计
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，不是绝对减小）。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。
过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为 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=1.41×ε×T×D1/(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，如果使用的过孔焊盘直径为 20Mil（钻孔直径为 10Mils），阻焊区直径为 40Mil,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：
C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.040-0.020) =0.31pF
这部分电容引起的上升时间变化量大致为：
T10-90 =2.2C(Z0/2) =2.2×0.31×(50/2) =17.05ps
从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。
过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：
L=5.08×h×[ln(4×h/d) 1]
其中：L 指过孔的电感 h 是过孔的长度 d 是中心钻孔的直径。
从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：
L=5.08×0.050×[ln(4x0.050/0.010) 1] =1.015nH
如果信号的上升时间是 1ns，那么其等效阻抗大小为：
XL =2πL/T=6.37Ω
这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
如何使用过孔
1、通过上面对过孔寄生特性的分析，我们能看到，在高速 PCB 设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔。比如对 6-10 层的内存模块 PCB 设计来说：
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉
评论(0)
发评论
- 相关下载
- 相关文章
