PCB Bolg - 使用PCB貫孔互連電路板中的每一層

貫孔是鑽在PCB上的微型導電通路，用於在不同的PCB層之間建立電力連接。 基本上，貫孔是PCB上的一個垂直軌跡。

什麼是貫孔？

在我們深入研究貫孔之前，我將簡單地定義一下什麼是PCB。 PCB是在受控參數下傳輸訊號的藝術。 印製電路板是元件相互連接的基礎。 其主要目的是在有源和無源元件之間形成電力連接，而不中斷或干擾另一個訊號或連接。 囙此，其基本思想是在不與另一連接相衝突的情况下形成連接網絡。 囙此，印製電路板是各部件之間的連接，其連接不會相互重疊。

為了達到這一標準，PCB是由多層組成的。 但是，這些多層板是如何相互連接以建立電力連續性的呢？ 這時貫孔就出現了。 貫孔是連接PCB不同層的微小導電隧道，允許訊號在其中流動。 在設計電路之前，就要瞭解製造商的能力。

PCB中貫孔的縱橫比

縱橫比（AR）是决定PCB可靠性的參數。 在進一步討論貫孔之前，讓我們先瞭解縱橫比的概念。 縱橫比是PCB厚度與鑽孔直徑之間的比率。

縱橫比（貫孔）=（PCB的厚度）/（鑽孔的直徑）。

由於微孔不突出整個電路板，所以長寬比將是。

長寬比（微孔）=（鑽孔深度）/（鑽孔的直徑）

長寬比在PCB製造過程中的電鍍過程中起著突出的作用。 電鍍液必須在鑽孔內有效流動，以達到所需的鍍銅效果。 與電路板厚度相比小的孔會導致鍍銅不均勻或不令人滿意。 長寬比越大，在貫孔內實現可靠的鍍銅就越有挑戰性。 囙此，長寬比越小，PCB的可靠性就越高。 在iPCB，我們提供長寬比為1.5:1的微孔。

微孔板長寬比

貫孔的類型

根據其功能，在PCB上鑽的貫孔有不同類型。

貫孔--孔從頂部穿到底部層。 連接是由頂層到底層的線路導通。

盲孔--孔從外部層穿出，在內部層結束。 該孔不穿透整個電路板，但將PCB的外部層與至少一個內部層相連。 要麼是從頂層連接到中間的某一層，要麼是從底層連接到中間的某一層。 一旦層壓完成，孔的另一端就看不到了。 囙此，它們被稱為盲貫孔。

埋孔（隱藏孔）-這些孔位於內層，沒有通往外層的路徑。 它們連接內層，並隱藏在視線之外。

根據IPC標準，埋藏孔和盲孔的直徑必須是6密耳（150微米）或更小。

微型貫孔

微孔描述

最常見的貫孔是微孔（µvias）。 在PCB製造過程中，微孔是用雷射鑽出來的，與標準孔相比，它的直徑更小（小到4密耳）。 微孔是在高密度互連或HDI PCB中實現的。 微孔的深度通常不超過兩層，因為這些小孔內的鍍銅是一項繁瑣的工作。 正如前面所討論的，貫孔的直徑越小，為實現無電解鍍銅，鍍液的拋射功率應該越高。

微孔的類型

根據微孔在PCB層中的位置，可將其分為疊層孔和交錯孔。 此外，還有一種微孔叫做跳孔。 跳過層，意味著它們穿過一個層，與該層沒有電接觸。 被跳過的層將不會與該貫孔形成電連接。 囙此而得名。

微通道改善了電力特性，也允許在更小的空間內實現更高的功能的微型化。 這反過來又為智能手機和其他移動設備中的大針數晶片提供了空間。 Microvias减少了印刷電路板設計中的層數，實現了更高的佈線密度。 這就消除了對貫孔孔道的需求。 微孔的微型尺寸和功能相繼提高了處理能力。 實施微孔而不是貫孔可以减少印刷電路板的層數，也便於BGA的突破。 如果沒有微孔，你仍然會使用一個大的無線電話，而不是光滑的小智能手機。

貫孔

有時貫孔被焊接掩膜覆蓋，使貫孔不被暴露。 這就是所謂的帳篷式貫孔或覆蓋式貫孔。

現在我們對貫孔有了更好的瞭解，讓我們來看看最重要的部分，即焊盤中的貫孔。 有時也被稱為貫孔在焊盤上的鍍層。

貫孔或貫孔板電鍍（VIPPO）

隨著訊號速度、電路板元件密度和PCB厚度的新增，導致了孔中孔的實施。 CAD設計工程師在使用傳統的過孔結構的同時，還採用了過孔內寘或過孔鍍層（VIPPO），以達到可布線性和信號完整性的要求。

墊內貫孔與傳統貫孔

那麼，什麼是焊盤內貫孔？ 讓我解釋一下。 在傳統的貫孔中，訊號線從焊盤上走過，然後到貫孔中。 你可以在上圖中看到這一點。 這樣做是為了避免焊膏在回流過程中滲入貫孔。 在焊盤內貫孔中，鑽孔的貫孔出現在焊盤的正下方。 準確地說，貫孔是放在表面貼裝元件的焊盤內。

傳統的貫孔和VIPPO貫孔

首先，根據設計者的要求，用不導電的環氧樹脂填充貫孔。 之後，這個貫孔被蓋上蓋子並進行電鍍以提供導電性。 這種技術縮小了訊號路徑的長度，囙此，消除了寄生電感和電容效應。

孔中孔可以容納更小的元件間距，並縮小了PCB的整體尺寸。 這項科技是BGA脚印元件的理想選擇，也是PCB組裝的一個重要部分。

為了使事情變得更好，背鑽工藝與孔中孔一起實施。 背部鑽孔是為了消除貫孔中未使用部分的訊號反射。 對不需要的貫孔殘端進行鑽孔以消除任何形式的訊號反射。 這確保了訊號的完整性。

帶背鑽的Vippo

貫孔的快速PCB設計提示

這裡有幾個快速提示，你可以在設計中採用貫孔時考慮：

1、除非設計上絕對需要，否則要避免盲孔和埋孔--這些孔需要更多的鑽孔時間和額外的層壓。 這可能會新增整個PCB成本。

2、疊層和交錯貫孔--選擇交錯貫孔而不是疊層貫孔，因為疊層貫孔需要進行填充和平面化。 這個過程很耗時，也很昂貴。

3、保持最小的縱橫比。 這能提供更好的電力效能和信號完整性。 同時，這也導致了更低的譟音，更低的串擾，以及更低的EMI/RFI。

4、在高速設計中實施較小的貫孔，因為雜散電容和電感會减少。

5、總是選擇最簡單的方案來滿足你的設計需求。 降低貫孔的複雜性會導致周轉時間和製造成本的降低。

6、非導電填充物通常足以滿足訊號佈線的需要，而且更具有成本效益。 囙此，最好是盡可能地使用不導電的環氧樹脂。

7、當你在佈線高速訊號時，如高清多媒體介面（HDMI），最好利用盲孔或埋孔來消除存根。

8、始終使用導熱或高功率貫孔的導電填料。 較高的導熱效能將有助於高功率元件所需的散熱。

9、當使用填充貫孔時，要確保填充後的焊盤表面是平面的，確保元件的水准放置，以避免墓碑狀缺陷。 墓碑缺陷是指在焊接過程中，元件的一側從電路板上脫落。

10、在差分對上使用貫孔--差分對佈線要求導線的長度相等，以避免差分延時偏移。 差分偏移是指一個訊號比另一個訊號更早到達接收器的情况。 盡可能地避免在差分對上設定貫孔。 如果一個訊號通過一個貫孔，那麼差分對中的另一個訊號也必須通過一個貫孔。 在差分對中，每條線路上的貫孔數量應該是相同的。

11、高速訊號的貫孔-貫孔往往會給電路帶來電感和電容。 這種特性在頻率較低的訊號中通常可以忽略不計。 當涉及到高速訊號時，貫孔可能會嚴重影響信號完整性。 囙此，最好避免在高速訊號上使用貫孔。