PCB过孔技术概述

  过孔(via)是多层PCB重要组成部分之一,钻孔费用通常占PCB制板费用30%到40%。简单说来,PCB上每一个孔都可以称之为过孔。

  从作用上看,过孔可以分成两类: 

  一是用作各层间电气连接;二是用作器件固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面内层线路连接,孔深度通常不超过一定比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层连接孔,它不会延伸到线路板表面。上述两类孔都位于线路板内层,层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为元件安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两种过孔。以下所说过孔,没有特殊说明,均作为通孔考虑。从设计角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间钻孔(drill hole),二是钻孔周围焊盘区,见下图。这两部分尺寸大小决定了过孔大小。很显然,在高速,高密度PCB设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多布线空间,此外,过孔越小,其自身寄生电容也越小,更适合用于高速电路。但孔尺寸减小同时带来了成本增加,而且过孔尺寸不可能无限制减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术限制:孔越小,钻孔需花费时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔深度超过钻孔直径6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如,现在正常一块6层PCB板厚度(通孔深度)为50Mil左右,所以PCB厂家能提供钻孔直径最小只能达到8Mil。 

  二. 过孔寄生电容过孔本身存在着对地寄生电容,如果已知过孔在铺地层上隔离孔直径为D2,过孔焊盘直径为D1,PCB板厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔寄生电容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔寄生电容会给电路造成主要影响是延长了信号上升时间,降低了电路速度。举例来说,对于一块厚度为50MilPCB板,如果使用内径为10Mil,焊盘直径为20Mil过孔,焊盘与地铺铜区距离为32Mil,则我们可以通过上面公式近似算出过孔寄生电容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,这部分电容引起上升时间变化量为:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数值可以看出,尽管单个过孔寄生电容引起上升延变缓效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间切换,设计者还是要慎重考虑。

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