通过纵横比：设计，信号完整性和可(kě)制造性

2021-04-19

通过纵横比：设计，信号完整性和可(kě)制造性

大自然中存在着某种美，只能(néng)在PCB设计中被模仿。在自然界中发现的黄金比例是定义植物(wù)和动物(wù)的長(cháng)宽比的普遍关系的一个很(hěn)好的例子。就像任何东西一样，PCB上可(kě)以有(yǒu)一些层：导電(diàn)层，介電(diàn)层，势垒层以及随钻而来的层。尽管通孔的長(cháng)宽比不是黄金比例，但它们具有(yǒu)独特的外观，在PCB设计中极為(wèi)重要。

通孔的長(cháng)宽比是一个深奥的问题，许多(duō)设计师都乐于忽略。简而言之，通孔的長(cháng)宽比是其長(cháng)度除以其直径。尽管看起来似乎很(hěn)细微，但通孔的纵横比在各种PCB应用(yòng)中都很(hěn)重要。在考虑制造要求时考虑長(cháng)宽比也很(hěn)重要。

通孔纵横比如何影响高速设计

随着数字信号传输速度的不断提高，任何阻抗不连续都会影响信号质量。放置在信号線(xiàn)中的过孔是PCB中经常被忽略的阻抗不连续性。通孔可(kě)能(néng)表现為(wèi)電(diàn)感性和/或電(diàn)容性不连续，并且这些寄生元件在信号通过通孔时会降低信号质量。无论是通过特性阻抗还是降低噪声，信号完整性都是一个長(cháng)期的挑战。

可(kě)以调整通孔的阻抗，而无需使用(yòng)额外的電(diàn)容器或電(diàn)感器来补偿通孔阻抗。要补偿高長(cháng)宽比过孔中的寄生電(diàn)容，必须去除沿过孔桶的所有(yǒu)非功能(néng)性焊盘。捕获垫应使用(yòng)尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)的直径，这也有(yǒu)助于最大化布線(xiàn)空间。此外，使用(yòng)回钻以通过存根将其移除可(kě)缓解信号完整性问题。任何剩余的通孔桩都会出现電(diàn)感性不连续，并在信号通过通孔时引起信号反射。

就像差分(fēn)迹線(xiàn)一样，可(kě)以以差分(fēn)方式设计用(yòng)于高速信号的通孔。信号通孔可(kě)以与接地回路通孔并排放置。用(yòng)于差分(fēn)布線(xiàn)的接地和信号通孔必须具有(yǒu)相同的几何形状，包括長(cháng)宽比，以保持对称性并充分(fēn)利用(yòng)降低串扰的优势。增加的接地过孔还可(kě)以改善插入/回波损耗。

钻孔公差

在了解您的板的需求和PCB制造的材料需求时，板的厚度并不是您板上唯一的问题。不同的制造商(shāng)具有(yǒu)不同的制造能(néng)力。大多(duō)数制造商(shāng)应该能(néng)够以6：1至10：1的宽高比放置通孔。IPC可(kě)靠性标准还规定了6：1至8：1的纵横比。長(cháng)宽比為(wèi)8：1被认為(wèi)是PCB制造商(shāng)必需的功能(néng)。

用(yòng)PCB钻进行PCB处理(lǐ)

无论使用(yòng)盲孔还是埋孔，无论是通过机械钻孔进行孔放置，关键参数都是孔直径而不是長(cháng)宽比。较小(xiǎo)的直径要求更严格的钻孔公差。如果钻头略微偏离了目标，钻头可(kě)以打穿通向通孔的迹線(xiàn)，从而使電(diàn)路板实际上没有(yǒu)任何作用(yòng)，因為(wèi)它的孔仅错过了其标记。

激光钻孔面临与机械钻孔相同的横向机械公差要求。然而，激光钻孔有(yǒu)利于形成较小(xiǎo)的通孔，而不会使板承受机械钻孔期间所施加的应力。这个过程可(kě)以极大地改善您的印刷電(diàn)路板制造，并极大地改变您的電(diàn)子产品生产关系。

所得到的纵横比与聚焦深度除以束腰成正比，并且可(kě)以通过控制这两个参数来稍微控制纵横比。使用(yòng)波長(cháng)较小(xiǎo)的激光（例如超快UV激光）可(kě)进一步减小(xiǎo)通孔直径，并减少制造和制造过程中的钻孔时间。

通过電(diàn)镀挑战

钻通孔将需要对复杂性有(yǒu)一些了解，这些复杂性包括增加電(diàn)路的深度和增加制造的必要性。通孔的纵横比会影响内部镀覆的难度。使用(yòng)電(diàn)镀液将铜沉积在通孔的内部。電(diàn)镀液必须能(néng)够通过毛细作用(yòng)芯吸到通孔中，以完全電(diàn)镀通孔的内部。

涉及微柱電(diàn)镀的物(wù)理(lǐ)和化學(xué)非常有(yǒu)趣。在毛细作用(yòng)期间，表面张力将電(diàn)镀液吸入通孔中，并且铜开始沿壁沉积。由于在溶液表面形成的弯液面，铜前驱物(wù)会在通孔的较深區(qū)域从溶液中迅速消耗掉。结果，通孔桶的内部可(kě)以具有(yǒu)比通孔的边缘处更薄的镀层。

如果通孔的纵横比较大，则通孔内部的铜涂层将更薄，并且在热应力作用(yòng)下通孔的中心更容易开裂。具有(yǒu)较低粘度的镀液可(kě)以更有(yǒu)效地覆盖高纵横比通孔的内部。这不仅提高了通孔的结构强度，而且还提高了其抗热应力的可(kě)靠性。

HDI板上的小(xiǎo)直径通孔

通孔的强度和可(kě)靠性在不同的制造商(shāng)之间往往会有(yǒu)所不同。尽管通孔具有(yǒu)相同的宽高比，也会发生这种情况。由于沉积在通孔中的铜的重量和在制造过程中使用(yòng)的電(diàn)镀方法所导致的中心处的厚度，会导致明显的可(kě)靠性差异。