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PCB設(shè)計之過孔的概念

  過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來,PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。
  從作用上看,過孔可以分成兩類:一是用作各層間的電氣連接;二是用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說,這些過孔一般又分為三類,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔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,孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內(nèi)層。第三種稱為通孔,這種孔穿過整個線路板,可用于實現(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現(xiàn),成本較低,所以絕大部分印刷電路板均使用它,而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔,沒有特殊說明的,均作為通孔考慮。
  從設(shè)計的角度來看,一個過孔主要由兩個部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然,在高速,高密度的PCB設(shè)計時,設(shè)計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,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制的減小,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術(shù)的限制:孔越小,鉆孔需花費的時間越長,也越容易偏離中心位置;且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時,就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如,如果一塊正常的6層PCB板的厚度(通孔深度)為50Mil,那么,一般條件下PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil。隨著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展,鉆孔的尺寸也可以越來越小,一般直徑小于等于6Mils的過孔,我們就稱為微孔。在HDI(高密度互連結(jié)構(gòu))設(shè)計中經(jīng)常使用到微孔,微孔技術(shù)可以允許過孔直接打在焊盤上(Via-in-pad),這大大提高了電路性能,節(jié)約了布線空間。
  過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點,會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比傳輸線低12%左右,比如50歐姆的傳輸線在經(jīng)過過孔時阻抗會減小6歐姆(具體和過孔的尺寸,板厚也有關(guān),不是絕對減小)。但過孔因為阻抗不連續(xù)而造成的反射其實是微乎其微的,其反射系數(shù)僅為:(44-50)/(44+50)=0.06,過孔產(chǎn)生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。

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