一、高速PCB中的過(guò)孔設計

 

在高速PCB設計中，往往需要采用多層PCB，而過(guò)孔是多層PCB 設計中的一個(gè)重要因素。

 

PCB中的過(guò)孔主要由孔、孔周?chē)暮副P(pán)區、POWER 層隔離區三部分組成。

 

1.高速PCB中過(guò)孔的影響

 

高速PCB多層板中，信號從某層互連線(xiàn)傳輸到另一層互連線(xiàn)就需要通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現連接，在頻率低于1GHz時(shí)，過(guò)孔能起到一個(gè)很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。

 

當頻率高于1 GHz后，過(guò)孔的寄生效應對信號完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過(guò)孔在傳輸路徑上表現為阻抗不連續的斷點(diǎn)，會(huì )產(chǎn)生信號的反射、延時(shí)、衰減等信號完整性問(wèn)題。

 

當信號通過(guò)過(guò)孔傳輸至另外一層時(shí)，信號線(xiàn)的參考層同時(shí)也作為過(guò)孔信號的返回路徑，并且返回電流會(huì )通過(guò)電容耦合在參考層間流動(dòng)，并引起地彈等問(wèn)題。

 

2.過(guò)孔的類(lèi)型

 

過(guò)孔一般又分為三類(lèi)：通孔、盲孔和埋孔。

 

 

盲孔：指位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線(xiàn)路和下面的內層線(xiàn)路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。

 

埋孔：指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔，它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。

 

通孔：這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板，可用于實(shí)現內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，成本較低，所以一般印制電路板均使用。

 

3.高速PCB中的過(guò)孔設計

 

在高速PCB設計中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì )給電路的設計帶來(lái)很大的負面效應。為了減小過(guò)孔的寄生效應帶來(lái)的不利影響，在設計中可以盡量做到：

 

（1）選擇合理的過(guò)孔尺寸。對于多層一般密度的PCB 設計來(lái)說(shuō)，選用0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/ 焊盤(pán)/ POWER 隔離區）的過(guò)孔較好；對于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過(guò)孔，也可以嘗試非穿導孔；對于電源或地線(xiàn)的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗；

（2）POWER隔離區越大越好，考慮PCB 上的過(guò)孔密度，一般為D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信號走線(xiàn)盡量不換層，也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔；

（4）使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數；

（5）電源和地的管腳要就近過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線(xiàn)越短越好，因為它們會(huì )導致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線(xiàn)要盡可能粗，以減少阻抗；

（6）在信號換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔，以便為信號提供短距離回路。

 

此外，過(guò)孔長(cháng)度也是影響過(guò)孔電感的主要因素之一。對用于頂、底層導通的過(guò)孔，過(guò)孔長(cháng)度等于PCB厚度，由于PCB層數的不斷增加，PCB厚度常常會(huì )達到5 mm以上。然而，高速PCB設計時(shí)，為減小過(guò)孔帶來(lái)的問(wèn)題，過(guò)孔長(cháng)度一般控制在2.0mm以?xún)?。對于過(guò)孔長(cháng)度大于2.0 mm過(guò)孔，通過(guò)增加過(guò)孔孔徑，可在一定程度上提高過(guò)孔阻抗連續性。當過(guò)孔長(cháng)度為1.0 mm及以下時(shí)，最佳過(guò)孔孔徑為0.20 mm - 0.30 mm。

 

二、PCB生產(chǎn)中的背鉆工藝

 

1.什么PCB背鉆？

 

背鉆其實(shí)就是孔深鉆比較特殊的一種，在多層板的制作中，例如12層板的制作，我們需要將第1層連到第9層，通常我們鉆出通孔（一次鉆），然后沉銅。這樣第1層直接連到第12層，實(shí)際我們只需要第1層連到第9層，第10到第12層由于沒(méi)有線(xiàn)路相連，像一個(gè)柱子。

 

 

這個(gè)柱子影響信號的通路，在通訊信號中會(huì )引起信號完整性問(wèn)題。所以將這個(gè)多余的柱子（業(yè)內叫STUB）從反面鉆掉（二次鉆）。所以叫背鉆，但是一般也不會(huì )鉆那么干凈，因為后續工序會(huì )電解掉一點(diǎn)銅，且鉆尖本身也是尖的。所以PCB廠(chǎng)家會(huì )留下一小點(diǎn)，這個(gè)留下的STUB的長(cháng)度叫B值，一般在50-150UM范圍為好。

 

2.背鉆孔有什么樣的優(yōu)點(diǎn)？

 

1）減小雜訊干擾；

2）提高信號完整性；

3）局部板厚變??；

4）減少埋盲孔的使用，降低PCB制作難度。

3.背鉆孔有什么作用？

 

背鉆的作用是鉆掉沒(méi)有起到任何連接或者傳輸作用的通孔段，避免造成高速信號傳輸的反射、散射、延遲等，給信號帶來(lái)“失真”研究表明：影響信號系統信號完整性的主要因素除設計、板材料、傳輸線(xiàn)、連接器、芯片封裝等因素外，導通孔對信號完整性有較大影響。

 

4.背鉆孔生產(chǎn)工作原理

 

依靠鉆針下鉆時(shí)，鉆針尖接觸基板板面銅箔時(shí)產(chǎn)生的微電流來(lái)感應板面高度位置，再依據設定的下鉆深度進(jìn)行下鉆，在達到下鉆深度時(shí)停止下鉆。如圖二：

 

 

5.背鉆制作工藝流程？

 

● 提供PCB，PCB上設有定位孔，利用所述定位孔對PCB進(jìn)行一鉆定位并進(jìn)行一鉆鉆孔；

● 對一鉆鉆孔后的PCB進(jìn)行電鍍，電鍍前對所述定位孔進(jìn)行干膜封孔處理；

● 在電鍍后的PCB上制作外層圖形；

● 在形成外層圖形后的PCB上進(jìn)行圖形電鍍，在圖形電鍍前對所述定位孔進(jìn)行干膜封孔處理；

● 利用一鉆所使用的定位孔進(jìn)行背鉆定位，采用鉆刀對需要進(jìn)行背鉆的電鍍孔進(jìn)行背鉆；

● 背鉆后對背鉆孔進(jìn)行水洗，清除背鉆孔內殘留的鉆屑。

 

6.背鉆孔板技術(shù)特征有哪些？

 

1）多數背板是硬板

2）層數一般為8至50層

3）板厚：2.5mm以上

4）厚徑比較大

5）板尺寸較大

6）一般首鉆最小孔徑>=0.3mm

7）外層線(xiàn)路較少，多為壓接孔方陣設計

8)背鉆孔通常比需要鉆掉的孔大0.2MM

9)背鉆深度公差：+/-0.05MM

10)如果背鉆要求鉆到M層，那么M層到M-1（M層的下一層）層的介質(zhì)厚度最小0.17MM

 

7.背鉆孔板主要應用于何種領(lǐng)域呢？

 

背板主要應用于通信設備、大型服務(wù)器、醫療電子、軍事、航天等領(lǐng)域。由于軍事、航天屬于敏感行業(yè)，國內背板通常由軍事、航天系統的研究所、研發(fā)中心或具有較強軍事、航天背景的PCB制造商提供；在中國，背板需求主要來(lái)自通信產(chǎn)業(yè)，現逐漸發(fā)展壯大的通信設備制造領(lǐng)域。

 

 

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