過(guò)孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費(fèi)用通常占
PCB制板費(fèi)用的30%到40%。簡(jiǎn)單的說(shuō)來(lái),PCB上的每一個(gè)孔都可以稱(chēng)之為過(guò)孔。
從作用上看,過(guò)孔可以分成兩類(lèi):
一是用作各層間的電氣連接;
二是用作器件的固定或定位。
如果從PCB制板工藝制程上來(lái)說(shuō),這些過(guò)孔一般又分為三類(lèi),即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。
盲孔位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線(xiàn)路和下面的內(nèi)層線(xiàn)路的連接,孔的深度通常不超過(guò)一定的比率(孔徑)。
埋孔是指位于印刷線(xiàn)路板內(nèi)層的連接孔,它不會(huì)延伸到線(xiàn)路板的表面。上述兩類(lèi)孔都位于線(xiàn)路板的內(nèi)層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過(guò)孔形成過(guò)程中可能還會(huì)重疊做好幾個(gè)內(nèi)層。
通孔,這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板,可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在PCB制板工藝上更易于實(shí)現(xiàn),成本較低,所以絕大部分印刷電路板均使用它,而不用另外兩種過(guò)孔。
以下所說(shuō)的過(guò)孔,沒(méi)有特殊說(shuō)明的,均作為通孔考慮。從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看,一個(gè)過(guò)孔主要由兩個(gè)部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周?chē)暮副P(pán)區(qū)。
這兩部分的尺寸大小決定了過(guò)孔的大小。很顯然,在高速、高密度的PCB設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)者總是希望過(guò)孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線(xiàn)空間,此外,過(guò)孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來(lái)了成本的增加,而且過(guò)孔的尺寸不可能無(wú)限制的減小,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等PCB制板工藝技術(shù)的限制:孔越小,鉆孔需花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng),也越容易偏離中心位置;且當(dāng)孔的深度超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí),就無(wú)法保證孔壁能均勻鍍銅。比如,現(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度(通孔深度)為50Mil左右,所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8Mil。
過(guò)孔的寄生電容過(guò)孔本身存在著對(duì)地的寄生電容,如果已知過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過(guò)孔焊盤(pán)的直徑為D1,PCB板的厚度為T(mén),板基材介電常數(shù)為ε,則過(guò)孔的寄生電容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間,降低了電路的速度。
舉例來(lái)說(shuō),對(duì)于一塊厚度為50Mil的PCB板,如果使用內(nèi)徑為10Mil,焊盤(pán)直徑為20Mil的過(guò)孔,焊盤(pán)與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過(guò)上面的公式近似算出過(guò)孔的寄生電容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,這部分電容引起的上升時(shí)間變化量為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。
從這些數(shù)值可以看出,盡管單個(gè)過(guò)孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線(xiàn)中多次使用過(guò)孔進(jìn)行層間的切換,設(shè)計(jì)者還是要慎重考慮的。
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