PCB设计中管理高密度通孔的需求设计

在PCB设计领域，我们没有太多需要跟踪的项目。但是，有很多设计对象（例如通孔）确实需要管理，尤其是在高密度设计中。尽管较早的设计可能仅使用了几个不同的通孔，但当今的高密度互连（HDI）设计需要许多不同的类型和尺寸。这些通孔中的每一个都需要进行管理［链接到管理约束条件］，以便正确使用它以确保最佳的电路板性能和无错误的可制造性。让我们仔细研究一下PCB设计中管理高密度通孔的需求以及如何做到这一点。

驱动高密度印刷电路板设计的注意事项

随着对小型电子设备的需求的增加，驱动它们的印刷电路板必须与它们一起缩小以便装入盒子中。同时，电子产品必须通过向板上添加更多组件和电路来响应对增强功能的要求。使问题进一步复杂化的是，PCB组件的尺寸不断减小，而引脚数量却不断增加，这迫使使用间距更窄的较小引脚。对于PCB设计人员来说，袋子变得越来越小，而装入袋子中的所有东西都变得越来越大，很快传统的电路板设计方法就达到了极限。

为了适应在较小的板尺寸上增加电路的需求，引入了一种新的PCB设计方法，即高密度互连或HDI。这些设计利用更新的制造技术来构建具有较小线宽和更薄材料以及盲孔和埋孔或激光钻孔微孔的电路板。这些高密度特性共同使能在电路板的较小面积上制造更多的电路，并为大引脚数IC提供了可行的连接解决方案。

这些高密度通孔的使用还带来了其他一些好处：

布线通道：由于盲孔和掩埋通孔以及微孔不会一直贯穿板层堆叠，因此在设计中打开了其他布线通道。通过策略性地放置这些不同的通孔，设计人员现在可以将其上具有数百个引脚的零件布线。如果仅使用标准的通孔，则具有这么多引脚的组件通常会阻塞所有内层布线通道。

信号完整性：这些设备上的许多信号也具有特定的信号完整性要求，这些要求可能会受到通孔通孔筒全长的影响。这些过孔可以充当辐射EMI的天线，或影响关键网络的信号返回路径。但是，使用盲孔和埋孔或微孔可以消除通孔过长导致的信号完整性问题。

为了更好地了解正在讨论的通孔，我们接下来将研究可用于高密度设计的通孔的不同类型和应用。

PCB设计工具中的过孔列表显示了不同过孔的类型和配置

通过类型和结构进行高密度互连

通孔是电路板上的孔，用于连接堆叠中的两层或更多层。通常，通孔会传导一条信号，该信号在走线上从板的一层传播到另一层上的相应走线。为了在走线层之间传导信号，在制造过程中对通孔镀上金属。根据用途，过孔会带有不同大小的孔和金属焊盘。较小的过孔用于信号布线，而较大的过孔用于电源和接地布线，或有助于缓解发热的组件。

这是您将在电路板上使用的不同类型的过孔：

通孔：通孔是自首次引入双面印刷电路板以来一直使用的标准通孔。在整个板上机械钻孔并电镀。但是，机械钻头的钻孔能力确实受到限制，这取决于钻头直径与板厚相比的长宽比。通常，无法可靠地对任何小于0.15毫米或0.006英寸的通孔进行钻孔或电镀。

盲孔：也像通孔一样，也对孔进行机械钻孔，但是使用额外的制造步骤仅从表面钻出部分板层。这些通孔也具有与通孔相同的钻孔尺寸限制，但是它们确实允许在其上方或下方的附加布线通道，具体取决于它们所在的板的侧面。

埋入式：就像盲孔一样，埋入式通孔是通过机械方式钻孔的，但是它在板的内层上开始和停止，而不是从表面层出来。由于该通孔被掩埋在板层堆叠中，因此还需要额外的制造步骤。

Microvia：用激光打孔此过孔，以创建一个小于机械钻头0.15毫米限制的孔。由于微孔将仅跨越板的两个相邻层，因此其长宽比允许使用较小的电镀孔。也可以将其放置在板表层或内部。通常会对微孔进行填充和电镀，以便将其基本隐藏起来，从而可以将其放置在用于球栅阵列（BGA）等零件的表面安装元件焊盘中。由于其通孔尺寸较小，微通孔还需要比常规通孔小得多的焊盘，尺寸约为0.300毫米或0.012英寸。

高密度设计中使用的典型微孔示意图

根据设计的需要，这些不同的通孔类型也可以配置为以不同的模式一起工作。例如，微通孔可以与其他微通孔堆叠在一起，或者它们可以与掩埋通孔堆叠在一起。这些过孔也可以彼此交错排列。如前所述，微孔可用于表面安装元件引脚的焊盘内。通过消除传统的从表面贴装技术（SMT）焊盘向外延伸到逃逸通孔的走线，这进一步缓解了走线布线的拥塞。

这些是可以在HDI设计中使用的不同类型的通孔。接下来，我们将研究PCB设计人员如何最好地管理其使用。

尽管在PCB设计中只能使用几种类型的通孔，但是可以创建不同通孔尺寸和形状的方法没有尽头。电源和接地连接通常会使用比常规布线更大的通孔，但大型BGA部件的底侧有数百个引脚。对于那些，表面贴装垫中的微孔可能需要与其他BGA焊盘一起使用。尽管其中一些较大的零件将受益于微通孔的使用，但引脚较少的常规表面安装零件却不会，而标准的通孔可用于其布线。这些通孔的通孔将小于电源和接地通孔，而用于散热的通孔的通孔甚至更大。然后，可以使用所有不同大小的盲孔和埋孔。

毋庸置疑，在HDI设计上，可能需要数十个不同的过孔来满足所有设计要求，这可能会造成一些混乱。尽管设计师可能会跟踪其中的几种，但随着不同尺寸数量的增加，通孔变得越来越难以管理。设计人员不仅必须跟踪所有这些通孔，而且根据所用电路板的面积，可以在同一网上使用不同的通孔。例如，时钟信号可能会使用SMT焊盘中的微孔从BGA引脚引出，但随后会通过线路的下端返回到掩埋。但是您不希望为此网络使用通孔通孔，因为通孔桶的额外长度可能会在该线路上形成多余的天线。
编辑：hfy