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PCB线路板过孔技术全介绍

  一、PCB线路板过孔的基础知识

  过孔(via)是多层PCB的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。从过孔作用上可以分成各层间的电气连接和用作器件的固定或定位两类。从工艺制程上来过孔一般又分为三类,即盲孔(blindvia)、埋孔(buriedvia)和通孔(throughvia)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层,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的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷线路板均使用它,而不用另外两种过孔。从设计的角度来看,一个过孔主要由中间的钻孔(drillhole)和钻孔周围的焊盘区构成,这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。过孔越小,其自身的寄生电容也越小,适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,又受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制。

  二、关于过孔的寄生电容

  过孔的寄生电容过孔本身存在着对寄生地的杂散电容,过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度。尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。

  三、关于过孔的寄生电感

  PCB过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。过孔产生的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加。

  四、关于过孔的使用

  1.从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔,比如对于电源或地线的过孔,可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗,而对于信号走线,则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小,相应的成本也会增加。

  2.上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。

  3.PCB板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

  4.电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔,以减少等效电感。

  5.在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。

  6.对于密度较高的高速PCB板,可以考虑使用微型过孔。

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