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PCB过孔对信号传输的影响

time : 2019-06-10 08:50       作者:凡亿pcb

  过孔(via)是多层PCB重要组成部分之一,钻孔费用通常占PCB制板费用30%到40%。简单说来,PCB上每一个孔都可以称之为过孔。

  从作用上看,过孔可以分成两类:一是用作各层间电气连接;二是用作器件固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面内层线路连接,孔深度通常不超过一定比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层连接孔,它不会延伸到线路板表面。

  上述两类孔都位于线路板内层,层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为元件安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两种过孔。以下所说过孔,没有特殊说明,均作为通孔考虑。

  从设计角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间钻孔(drill hole),二是钻孔周围焊盘区。这两部分尺寸大小决定了过孔大小。很显然,在高速,高密度PCB设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多布线空间,此外,过孔越小,其自身寄生电容也越小,更适合用于高速电路。但孔尺寸减小同时带来了成本增加,而且过孔尺寸不可能无限制减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术限制:孔越小,钻孔需花费时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔深度超过钻孔直径6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如,如果一块正常6层PCB板厚度(通孔深度)为50Mil,那么,一般条件下PCB厂家能提供钻孔直径最小只能达到8Mil。随着激光钻孔技术发展,钻孔尺寸也可以越来越小,一般直径小于等于6Mils过孔,我们就称为微孔。在HDI(高密度互连结构)设计中经常使用到微孔,微孔技术可以允许过孔直接打在焊盘上(Via-in-pad),这大大提高了电路性能,节约了布线空间。

  过孔在传输线上表现为阻抗不连续断点,会造成信号反射。一般过孔等效阻抗比传输线低12%左右,比如50欧姆传输线在经过过孔时阻抗会减小6欧姆(具体和过孔尺寸,板厚也有关,不是绝对减小)。但过孔因为阻抗不连续而造成反射其实是微乎其微,其反射系数仅为:(44-50)/(44 50)=0.06,过孔产生问题更多集中于寄生电容和电感影响。

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