高速PCB设计中放置PCB通孔

2020-05-19

在设计印刷電(diàn)路板时，需要完成很(hěn)多(duō)放置工作。首先，将需要放置所有(yǒu)原理(lǐ)图符号。然后，它们可(kě)能(néng)会在原理(lǐ)图完成之前被移动并重新(xīn)放置很(hěn)多(duō)次。进入布局后，将放置每个组件。并且与原理(lǐ)图一样，这些零件也将移动很(hěn)多(duō)，以优化布局以获得好的電(diàn)路性能(néng)和可(kě)制造性。

不过，还有(yǒu)一部分(fēn)布局需要放置，而这些都是设计中的所有(yǒu)过孔。如果您从未想过将通孔添加為(wèi)“放置”它们，那么您并不孤单。通孔通常被认為(wèi)是走線(xiàn)工艺的一部分(fēn)。水平走線(xiàn)直到遇到障碍物(wù)，然后向下走到下一层并垂直走線(xiàn)。但是，在高速设计中的过孔布置中，这种思维需要受到挑战，因為(wèi)过孔可(kě)能(néng)会对電(diàn)路板的性能(néng)产生巨大影响。

设置高速设计中的过孔

您可(kě)以做的好的事情之一就是帮助您将通孔放置在高速设计中，这是在您进入布局之前必须首先组织好自己。这意味着您将获得针对任何类型的PCB布局所需的所有(yǒu)基础知识的设计设置。您将要确保原理(lǐ)图尽可(kě)能(néng)干净和完整，并了解要在布局中使用(yòng)的图层堆叠。您还应该确保您的PCB足迹和其他(tā)库零件是比较新(xīn)的并且可(kě)以使用(yòng)，并设置网格和其他(tā)设计参数。

设计设置的另一部分(fēn)是准备将在布局中使用(yòng)的过孔。这些通常在PCB零件库中可(kě)用(yòng)，或者您可(kě)以在CAD工具中自己创建它们。您设置的通孔应与布局的不同网络和设计约束条件相关联，以便在适当的位置使用(yòng)正确的通孔。高速设计将需要混合使用(yòng)不同尺寸和类型的通孔：

通孔：这是几乎所有(yǒu)PCB布局上都使用(yòng)的标准通孔类型，并钻穿了从上到下的层，连接了整个PCB的所有(yǒu)层。您将需要较大的通孔通孔以进行電(diàn)源和接地连接，而需要较小(xiǎo)的通孔以进行常规信号路由。在某些情况下，您可(kě)能(néng)需要混合使用(yòng)不同大小(xiǎo)的通孔，具體(tǐ)取决于要布線(xiàn)的网络的当前负载。

盲孔和埋孔：盲孔始于外层（顶部或底部），并终止于内层。另一方面，掩埋过孔在内层开始和停止。这些通孔的制造成本更高，但可(kě)能(néng)成為(wèi)布線(xiàn)密集设计的重要组成部分(fēn)。

微型通孔：可(kě)以通过激光钻孔而不是使用(yòng)常规钻头创建微型通孔，从而使其更小(xiǎo)。这在高密度设计中非常重要。

用(yòng)于扇出布線(xiàn)的通孔

一旦开始设计，您显然必须先放置组件，然后才能(néng)进行布線(xiàn)，但是仍然需要牢记最终的布線(xiàn)和通孔样式。您将要开始使用(yòng)主要组件并将電(diàn)路路径分(fēn)组在一起，然后在它们周围添加较小(xiǎo)的部分(fēn)。放置去耦電(diàn)容器时，请记住，将IC電(diàn)源引脚连接到電(diàn)路板另一侧的電(diàn)容器的过孔具有(yǒu)比两部分(fēn)都在同一侧的電(diàn)感大得多(duō)的電(diàn)感。

放置通孔以将去耦電(diàn)容器连接至IC只是您将要进行的逃逸布線(xiàn)的一部分(fēn)。包括球栅阵列（BGA）在内的大多(duō)数所有(yǒu)表面安装零件都需要在其上添加通孔，以访问内层布線(xiàn)通道。这是為(wèi)通孔使用(yòng)设计网格的很(hěn)大帮助：

使用(yòng)宽的栅格进行通孔间距将允许它们之间有(yǒu)更大的布線(xiàn)通道。

过孔的位置应有(yǒu)策略地放置，以允许在不同方向上布線(xiàn)以及转动大的走線(xiàn)总線(xiàn)。

与随机放置的过孔相比，网格上与放置的组件对齐的过孔将提供更多(duō)的路由通道。

在某些情况下，一般遠(yuǎn)离该器件布線(xiàn)，然后掉下通孔以避免阻塞布線(xiàn)通道。

从细间距BGA布線(xiàn)时，您可(kě)能(néng)必须使用(yòng)较小(xiǎo)的通孔，焊盘中的通孔或微通孔才能(néng)进入所有(yǒu)逸出布線(xiàn)。BGA焊盘中常规钻孔的通孔对此非常有(yǒu)帮助，但将需要额外的制造步骤来完成防止焊料通过孔芯吸走。BGA焊盘中的微孔也很(hěn)有(yǒu)帮助，但由于高密度设计中的走線(xiàn)和空间公差很(hěn)窄，因此对于制造商(shāng)而言可(kě)能(néng)会更加困难。请记住，当您从高引脚数的器件（如BGA）中逃逸出布線(xiàn)时，重要的是您的通孔图样要留出内层布線(xiàn)通道的空间。

通孔和信号完整性

完成逸出布線(xiàn)后，就该开始以蚀刻方式将网络连接在一起了，但是您仍然需要注意如何在高速设计中布線(xiàn)和放置过孔。我们都知道PCB上的走線(xiàn)具有(yǒu)電(diàn)感，但过孔也具有(yǒu)電(diàn)感。尽管通孔的長(cháng)度与走線(xiàn)相比非常小(xiǎo)，但仍可(kě)能(néng)会影响甚高频線(xiàn)的信号完整性。因此，一般尽可(kě)能(néng)减少通孔的使用(yòng)。这将帮助您避免任何额外的電(diàn)感，長(cháng)度或其他(tā)信号完整性问题，这些额外的过孔可(kě)能(néng)会导致高速或RF设计。有(yǒu)关在设计RF信号时要使用(yòng)的一些好的实践的更多(duō)信息。

高速设计中过孔放置的另一个问题是布線(xiàn)差分(fēn)对。您将希望尽可(kě)能(néng)避免使用(yòng)过孔，但这通常很(hěn)难做到。当您确实在差分(fēn)对中使用(yòng)过孔时，请将过孔放在两条走線(xiàn)上以使其相等。此外，在通孔周围布線(xiàn)差分(fēn)对时，请确保不要在通孔的两侧分(fēn)开走線(xiàn)。两条線(xiàn)需要保持在一起。

放置通孔进行逃逸布線(xiàn)或总線(xiàn)布線(xiàn)时，请注意不要在接地层中形成连续的空隙。防垫在平面上的重叠可(kě)能(néng)会产生一个插槽，如下图所示。该空隙会阻塞通过平面的清晰信号返回路径，导致返回信号四处游荡，试图找到返回的路径。这样阻塞返回路径会导致電(diàn)路板的電(diàn)磁干扰（EMI）和信号完整性问题增加。有(yǒu)关设计良好的供電(diàn)网络（PDN）的更多(duō)有(yǒu)用(yòng)信息。

高速设计中的另一个过孔问题是过孔短截線(xiàn)。当使用(yòng)将第1层连接到第2层的通孔过孔时，过孔仍将继续延伸到板的另一侧。多(duō)余的部分(fēn)是線(xiàn)路上的存根，可(kě)能(néng)导致不希望的信号反射。这些存根可(kě)以通过称為(wèi)反钻的制造工艺来消除，或者使用(yòng)盲孔和掩埋过孔可(kě)以将过孔叠层限制在它所连接的层上。

高速设计中的另一种有(yǒu)用(yòng)的过孔技术是将“缝合”过孔放置在電(diàn)路板上特定对象周围或整个電(diàn)路板轮廓周围。缝合过孔所产生的法拉第笼效应通过防止任何板对象充当天線(xiàn)来帮助抑制板中潜在的EMI问题。同样，通过将板的所有(yǒu)接地层与缝合过孔连接在一起，它可(kě)以帮助这些平面保持在相同的接地電(diàn)位，这有(yǒu)助于提高信号完整性。

使用(yòng)PCB设计CAD工具处理(lǐ)过孔

如您所见，通孔还有(yǒu)很(hěn)多(duō)，而不仅仅是在高速设计中连接走線(xiàn)。您如何使用(yòng)或不使用(yòng)通孔可(kě)能(néng)会对设计最终的工作方式产生巨大影响。幸运的是，您的CAD工具可(kě)以為(wèi)您提供创建，修改和管理(lǐ)通孔的方法，从而為(wèi)您提供了很(hěn)多(duō)帮助。您还可(kě)以使用(yòng)网格，设计规则和约束来控制用(yòng)于特定网，层或電(diàn)路板區(qū)域的通孔。