PCB设计通孔类型和应用(yòng)

2020-08-29

在PCB设计中使用(yòng)过孔可(kě)以使设计人员缩短走線(xiàn)必须布線(xiàn)的距离，以完成其连接。就像使用(yòng)洗衣槽一样，通孔会将迹線(xiàn)下降到另一条有(yǒu)清晰路径的层上，而不是在很(hěn)長(cháng)的距离内徘徊。重要的是要了解什么是不同的通孔类型和应用(yòng)，以便有(yǒu)效地将它们用(yòng)于制造和信号完整性。让我们看一下PCB设计人员可(kě)用(yòng)的不同通孔，以及如何使用(yòng)它们。

通孔是连接到PCB的金属電(diàn)路的金属衬里孔，这些孔在板的不同层之间传导電(diàn)信号。尽管过孔的大小(xiǎo)，焊盘形状和孔直径可(kě)能(néng)有(yǒu)所不同，但是只有(yǒu)少数几种不同的过孔类型或结构：

通孔通孔：这是電(diàn)路板上最常用(yòng)的通孔类型。用(yòng)机械钻头在整个板上钻出孔，尺寸可(kě)减小(xiǎo)到6密耳。

埋孔：该孔仅连接板的内部层，对于布線(xiàn)非常密集的PCB很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。

盲孔：该孔从板的顶部或底部开始，但并没有(yǒu)一直贯穿其中。

微孔：对于小(xiǎo)于6密耳的孔，使用(yòng)激光钻孔的微孔。这些通孔仅连接板的两个相邻层，并且可(kě)以在表面上或掩埋在板层堆叠中。微型通孔具有(yǒu)多(duō)种用(yòng)途，可(kě)以堆叠在一起或在掩埋通孔的顶部，但制造成本较高。

焊盘内通孔（VIP）：这些通孔可(kě)以是标准的通孔通孔或微通孔，但它们在表面安装焊盘中的位置使其具有(yǒu)独特性。如果使用(yòng)标准机械钻，则过孔将需要额外的制造步骤，以防止焊盘上的焊料向下流过孔。另一方面，微通孔不存在此问题，但是由于高密度设计中的走線(xiàn)和空间公差更小(xiǎo)，它们可(kě)能(néng)更难制造。

最终，使用(yòng)哪种通孔取决于印刷電(diàn)路板的技术，電(diàn)路需求以及PCB制造的目标成本。例如，由于其尺寸较小(xiǎo)，非常希望使用(yòng)微孔，但这并不一定使其成為(wèi)最佳选择。微孔的制造涉及更多(duō)步骤，因此，与机械钻孔的通孔相比，其价格更高。但是，如果您要设计高密度互连板，则微通孔将成為(wèi)更好的选择。以下是PCB设计中通孔的常用(yòng)用(yòng)法的细分(fēn)：

信号路由：大多(duō)数電(diàn)路板将使用(yòng)通孔将信号路由放置在网格上。但是，密度板还可(kě)以使用(yòng)盲孔或埋孔，而密度很(hěn)高的板则需要微孔。

逸出布線(xiàn)：较大的表面贴装（SMT）组件通常可(kě)以通过通孔进行逸出或扇出布線(xiàn)。在某些情况下，将使用(yòng)盲孔或微通孔，在密度非常高的封装（例如高引脚数BGA）上，将使用(yòng)焊盘内通孔。

電(diàn)源布線(xiàn)：由于用(yòng)于電(diàn)源和接地网的过孔会传导更多(duō)電(diàn)流，因此尽管也可(kě)以使用(yòng)盲孔，但通常仅限于较大的通孔过孔。

缝合过孔：这些过孔用(yòng)于提供与平面的多(duō)个连接，因此是通孔或盲孔。例如，電(diàn)路的敏感區(qū)域可(kě)能(néng)被一条金属带围绕，其中缝有(yǒu)过孔以连接到接地层以进行EMI保护。 

热过孔：在这种情况下，过孔用(yòng)于将热量从组件通过与其连接的内部平面层传导出去。这通常需要较大的通孔或盲孔，并且这些孔通常也位于这些器件的焊盘中。

在PCB布局设计师开始将过孔放入其電(diàn)路板设计之前，有(yǒu)一些关于过孔的更多(duō)细节需要讨论。我们已经简短地讨论了通孔和微孔之间的制造成本差异，如果您不准备这样做的话，这可(kě)能(néng)是一次真正的唤醒。现在，这里还要牢记其他(tā)一些注意事项。

長(cháng)宽比

使用(yòng)机械钻头创建标准通孔时，请務(wù)必记住，最小(xiǎo)可(kě)接受的钻头尺寸取决于電(diàn)路板的厚度。机械钻头在其变得不可(kě)靠之前，可(kě)以钻探多(duō)少材料受到限制。这是通过板厚度与钻孔尺寸的关系来衡量的，PCB制造商(shāng)通常要求其钻孔尺寸的長(cháng)宽比不超过10：1。这意味着对于厚度為(wèi)62密耳的電(diàn)路板，您应使用(yòng)的最小(xiǎo)机械钻头尺寸為(wèi)6密耳或0.006英寸。如果需要的孔小(xiǎo)于此值，则应考虑使用(yòng)長(cháng)宽比為(wèi)1：1的微孔。

环形圈

通孔焊盘的尺寸很(hěn)重要。您需要确保在钻出通孔后保留足够大的环形圈。机械钻在钻进时会漂移一点，并且如果没有(yǒu)足够的环形圈，通孔可(kě)能(néng)会因钻头破裂而受损。

信号完整性

尽管通孔非常短，但仍是导體(tǐ)的可(kě)测量長(cháng)度，可(kě)能(néng)会导致信号完整性要求严格的问题。例如，连接十层板中最上面两层的通孔过孔中将包含8层不必要的金属，这可(kě)能(néng)会产生干扰。重要的是要找到类似的问题，并使用(yòng)诸如对通孔进行反向钻孔的技术进行补救，以在未使用(yòng)的金属充当天線(xiàn)之前将其从線(xiàn)路中清除。在这里，诸如Cadence Allegro之类的PCB设计工具的信号完整性分(fēn)析仪可(kě)以对设计人员非常有(yǒu)用(yòng)，可(kě)以帮助他(tā)们在電(diàn)路板投入生产之前发现这些问题。

路由密度

在要对電(diàn)路板的密集區(qū)域进行布線(xiàn)的情况下，设计人员必须注意不要阻塞具有(yǒu)通孔的布線(xiàn)通道或接地平面返回路径。这可(kě)能(néng)发生在高引脚数BGA之类的密集部分(fēn)中，在一个小(xiǎo)區(qū)域中有(yǒu)数百个过孔。在这里，必须使用(yòng)盲孔和微孔来规划BGA逃逸通道，以便对每个引脚进行布線(xiàn)，但重要的布線(xiàn)通道和平面不会在该部件下方被挡住。