一.PCB過孔的基礎(chǔ)知識(shí)
過孔(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%。從過孔作用上可以分成各層間的電氣 連接和用作器件的固定或定位兩類。從工藝制程上來過孔一般又分為三類,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接,孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位 于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會(huì)延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層,層壓前利用通孔成型工藝完成,在過孔形成過程中可能還會(huì)重疊做好幾 個(gè)內(nèi)層。第三種稱為通孔,這種孔穿過整個(gè)線路板,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,而不用另外兩種過孔。從設(shè)計(jì)的角度來看,一個(gè)過孔主要由中間的鉆孔(drill hole)和鉆孔周圍的焊盤區(qū)構(gòu)成,這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。過孔越小,其自身的寄生電容也越小,適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時(shí)帶來 了成本的增加,又受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術(shù)的限制。
二.關(guān)于過孔的寄生電容
過孔的寄生電容過孔本身存在著對(duì)寄生地的雜散電容,過孔的寄生電容會(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。盡管單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換,設(shè)計(jì)者還是要慎重考慮的。
三.關(guān)于過孔的寄生電感
過孔存在寄生電容的同時(shí)也存在著寄生電感,在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電 感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn),減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。過孔的直徑對(duì)電感的影響較小,而對(duì)電感影響最大的是過孔的長(zhǎng)度。過孔產(chǎn)生的阻抗在有高頻電流的通過 已經(jīng)不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時(shí)候需要通過兩個(gè)過孔,這樣過孔的寄生電感就會(huì)成倍增加。
四、關(guān)于過孔的使用
1.從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)煞矫婵紤],選擇合理尺寸的過孔大小。必要時(shí)可以考慮使用不同尺寸的過孔,比如對(duì)于電源或地線的過孔,可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗,而對(duì)于信號(hào)走線,則可以使用較小的過孔。當(dāng)然隨著過孔尺寸減小,相應(yīng)的成本也會(huì)增加。
2.上面討論的兩個(gè)公式可以得出,使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。
3.PCB板上的信號(hào)走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。
4.電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好??梢钥紤]并聯(lián)打多個(gè)過孔,以減少等效電感。
5.在信號(hào)換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號(hào)提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地過孔。
6.對(duì)于密度較高的高速PCB板,可以考慮使用微型過孔。