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PCB過孔技術全介紹

一.PCB過孔的基礎知識

    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%。從過孔作用上可以分成各層間的電氣連接和用作器件的固定或定位兩類。從工藝制程上來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層。第三種稱為通孔,這種孔穿過整個線路板,可用于實現內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,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。從設計的角度來看,一個過孔主要由中間的鉆孔(drill hole)和鉆孔周圍的焊盤區構成,這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。過孔越小,其自身的寄生電容也越小,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,又受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術的限制。
二.關于過孔的寄生電容
    過孔的寄生電容過孔本身存在著對寄生地的雜散電容,過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間,降低了電路的速度。盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,設計者還是要慎重考慮的。
三.關于過孔的寄生電感
    過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感,在高速數字電路的設計中,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻,減弱整個電源系統的濾波效用。過孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響最大的是過孔的長度。過孔產生的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔,這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。
四、關于過孔的使用
1.從成本和信號質量兩方面考慮,選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔,比如對于電源或地線的過孔,可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗,而對于信號走線,則可以使用較小的過孔。當然隨著過孔尺寸減小,相應的成本也會增加。
2.上面討論的兩個公式可以得出,使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數。
3.PCB板上的信號走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4.電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好?梢钥紤]并聯打多個過孔,以減少等效電感。
5.在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地過孔。
6.對于密度較高的高速PCB板,可以考慮使用微型過孔。
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