你的位置:首頁 > EMC安規(guī) > 正文
經(jīng)驗(yàn)分享:高速PCB過孔設(shè)計(jì)技巧
發(fā)布時(shí)間:2015-09-17 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】在高速PCB板設(shè)計(jì)中,過孔設(shè)計(jì)是一個(gè)重要因素,它由孔、孔周圍的焊盤區(qū)和POWER層隔離區(qū)組成,通常分為盲孔、埋孔和通孔三類。在PCB板設(shè)計(jì)過程中通過對(duì)過孔的寄生電容和寄生電感分析,總結(jié)出高速PCB板過孔設(shè)計(jì)中的一些注意事項(xiàng)。
目前高速PCB板的設(shè)計(jì)在通信、計(jì)算機(jī)、圖形圖像處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,所有高科技附加值的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)都在追求低功耗、低電磁輻射、高可靠性、小型化、輕型化等特點(diǎn),為了達(dá)到以上目標(biāo),在高速PCB板設(shè)計(jì)中,過孔設(shè)計(jì)是一個(gè)重要因素。
1、過孔
過孔是多層PCB板設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素,一個(gè)過孔主要由三部分組成,一是孔;二是孔周圍的焊盤區(qū);三是POWER層隔離區(qū)。過孔的工藝過程是在過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀,可直接與上下兩面的線路相通,也可不連。過孔可以起到電氣連接,固定或定位器件的作用。過孔示意圖如圖1 所示。
圖1:過孔示意圖
過孔一般又分為三類:盲孔、埋孔和通孔。
盲孔,指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,孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。
埋孔,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。
盲孔與埋孔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。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,所以一般印制電路板均使用通孔。過孔的分類如圖2 所示。
圖2:過孔的分類
2、過孔的寄生電容
過孔本身存在著對(duì)地的寄生電容,若過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB的厚度為T,板基材介電常數(shù)為E,則過孔的寄生電容大小近似于:
C=1.41ETD1/(D2-D1)
過孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長了信號(hào)的上升時(shí)間,降低了電路的速度,電容值越小則影響越小。
3、過孔的寄生電感
過孔本身就存在寄生電感,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。過孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的作用,減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。若L指過孔的電感,h是過孔的長度,d是中心鉆孔的直徑,過孔的寄生電感近似于:
L=5.08h[ln(4h/d)+1]
從式中可以看出,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度。
[page]
4、非穿導(dǎo)孔技術(shù)
非穿導(dǎo)孔包含盲孔和埋孔。在非穿導(dǎo)孔技術(shù)中,盲孔和埋孔的應(yīng)用,可以極大地降低PCB 的尺寸和質(zhì)量,減少層數(shù),提高電磁兼容性,增加電子產(chǎn)品特色,降低成本,同時(shí)也會(huì)使得設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)便快捷。
在傳統(tǒng)PCB 設(shè)計(jì)和加工中,通孔會(huì)帶來許多問題。首先它們占居大量的有效空間,其次大量的通孔密集一處也對(duì)多層PCB內(nèi)層走線造成巨大障礙,這些通孔占去走線所需的空間,它們密集地穿過電源與地線層的表面,還會(huì)破壞電源地線層的阻抗特性,使電源地線層失效。且常規(guī)的機(jī)械法鉆孔將是采用非穿導(dǎo)孔技術(shù)工作量的20倍。
在PCB設(shè)計(jì)中,雖然焊盤、過孔的尺寸已逐漸減小,但如果板層厚度不按比例下降,將會(huì)導(dǎo)致通孔的縱橫比增大,通孔的縱橫比增大會(huì)降低可靠性。隨著先進(jìn)的激光打孔技術(shù)、等離子干腐蝕技術(shù)的成熟,應(yīng)用非貫穿的小盲孔和小埋孔成為可能,若這些非穿導(dǎo)孔的孔直徑為0.3mm,所帶來的寄生參數(shù)是原先常規(guī)孔的1/ 10左右,提高了PCB的可靠性。由于采用非穿導(dǎo)孔技術(shù),使得PCB上大的過孔會(huì)很少,因而可以為走線提供更多的空間。
剩余空間可以用作大面積屏蔽用途,以改進(jìn)EMI / RFI 性能。同時(shí)更多的剩余空間還可以用于內(nèi)層對(duì)器件和關(guān)鍵網(wǎng)線進(jìn)行部分屏蔽,使其具有最佳電氣性能。采用非穿導(dǎo)孔,可以更方便地進(jìn)行器件引腳扇出,使得高密度引腳器件(如BGA 封裝器件)很容易布線,縮短連線長度,滿足高速電路時(shí)序要求。
5、普通PCB 中的過孔選擇
在普通PCB 設(shè)計(jì)中,過孔的寄生電容和寄生電感對(duì)PCB 設(shè)計(jì)的影響較小,對(duì)1-4層PCB 設(shè)計(jì),一般選用0.36mm/0.61mm/1.02mm,(鉆孔/ 焊盤/POWER隔離區(qū))的過孔較好,一些特殊要求的信號(hào)線(如電源線、地線、時(shí)鐘線等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm的過孔,也可根據(jù)實(shí)際選用其余尺寸的過孔。
6、高速PCB 中的過孔設(shè)計(jì)
通過上面對(duì)過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設(shè)計(jì)中,看似簡(jiǎn)單的過孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:
(1)選擇合理的過孔尺寸。對(duì)于多層一般密度的PCB設(shè)計(jì)來說,選用0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤/ POWER隔離區(qū))的過孔較好;對(duì)于一些高密度的PCB 也可以使用 0.20mm/0.46mm/0.86mm的過孔,也可以嘗試非穿導(dǎo)孔;對(duì)于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗;
(2)POWER 隔離區(qū)越大越好,考慮PCB上的過孔密度,一般為D1=D2+0.41mm
(3)PCB上的信號(hào)走線盡量不換層,也就是說盡量減少過孔;
(4)使用較薄的PCB 有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù);
(5)電源和地的管腳要就近做過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗,以減少阻抗;
(6)在信號(hào)換層的過孔附近放置一些接地過孔,以便為信號(hào)提供短距離回路。當(dāng)然,在設(shè)計(jì)時(shí)還需具體問題具體分析。從成本和信號(hào)質(zhì)量兩方面綜合考慮,在高速PCB 設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,此外,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。在高密度PCB設(shè)計(jì)中,采用非穿導(dǎo)孔以及過孔尺寸的減小同時(shí)帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制地減小,它受到PCB廠家鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制,在高速PCB的過孔設(shè)計(jì)中應(yīng)給以均衡考慮。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢(mèng)想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測(cè)試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測(cè)量儀
頻率器件
頻譜測(cè)試儀
平板電腦