PCB 設(shè)計(jì)通過(guò)縱橫比：設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性和可制造性

自然界中有一些美，只能在PCB設(shè)計(jì)中模仿。 自然界中的黃金比例是定義植物和動(dòng)物縱橫比之間一般關(guān)系的一個(gè)很好的例子。 與任何東西一樣，PCB 板可以有幾層：導(dǎo)電層、介電層、勢(shì)壘層和鉆孔層。 雖然通孔的縱橫比不是黃金比例，但它們具有獨(dú)特的外觀，在PCB設(shè)計(jì)中極為重要。

通孔的縱橫比是一個(gè)深?yuàn)W的問(wèn)題，很多設(shè)計(jì)師都愿意忽略。 簡(jiǎn)而言之，通孔的縱橫比是它的長(zhǎng)度除以它的直徑。 盡管看起來(lái)很微妙，但通孔的縱橫比在各種 PCB 應(yīng)用中很重要。 在考慮制造要求時(shí)，考慮縱橫比也很重要。

通孔縱橫比如何影響高速板設(shè)計(jì)

隨著數(shù)字信號(hào)傳輸速度的不斷提高，任何阻抗的不連續(xù)都會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。 放置在信號(hào)線中的過(guò)孔是阻抗不連續(xù)點(diǎn)，在 PCB 中經(jīng)常被忽略。 通孔可能表現(xiàn)出電感和/或電容的不連續(xù)性，并且當(dāng)信號(hào)通過(guò)通孔時(shí)，這些寄生元件會(huì)降低信號(hào)質(zhì)量。 無(wú)論是通過(guò)特性阻抗還是降噪，信號(hào)完整性都是一項(xiàng)長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

可以調(diào)整通孔的阻抗，而無(wú)需使用額外的電容器或電感器來(lái)補(bǔ)償通孔阻抗。 為了補(bǔ)償縱橫比過(guò)孔中的寄生電容，必須移除沿過(guò)孔桶的所有非功能性焊盤(pán)。 捕獲墊的直徑應(yīng)盡可能小，這也有助于最大化布線空間。 此外，使用回鉆通過(guò)存根將其刪除可以緩解信號(hào)完整性問(wèn)題。 任何剩余的通孔樁都會(huì)在信號(hào)通過(guò)通孔時(shí)產(chǎn)生電感不連續(xù)性并引起信號(hào)反射。

與差分走線一樣，高速信號(hào)的過(guò)孔也可以采用差分方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 信號(hào)過(guò)孔可與接地電路過(guò)孔并排放置。 用于差分配電線路的接地和信號(hào)過(guò)孔必須具有相同的幾何形狀，包括縱橫比，以保持對(duì)稱性并充分利用串?dāng)_減少的優(yōu)勢(shì)。 增加接地過(guò)孔也可以改善插入/回波損耗。

鉆孔公差

在了解您的電路板要求和 PCB 制造材料要求時(shí)，電路板的厚度并不是您電路板上的唯一問(wèn)題。 不同的制造商具有不同的制造能力。 大多數(shù)制造商應(yīng)該能夠以 6:1 到 10:1 的寬高比放置通孔。 IPC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)還指定了 6:1 到 8:1 的縱橫比。 PCB 制造商認(rèn)為 8:1 的縱橫比是必需的。

無(wú)論是盲孔還是埋孔，還是機(jī)械鉆孔放孔，關(guān)鍵參數(shù)是孔徑而不是長(zhǎng)寬比。 較小的直徑需要更嚴(yán)格的鉆孔公差。 如果鉆頭稍微偏離目標(biāo)，鉆頭會(huì)刺穿通向通孔的走線，從而使電路板幾乎無(wú)用，因?yàn)樗目字皇清e(cuò)過(guò)了它的標(biāo)記。

激光鉆孔面臨與機(jī)械鉆孔相同的水平機(jī)械公差要求。 然而，激光鉆孔有助于形成更小的通孔，而不會(huì)使板承受機(jī)械鉆孔過(guò)程中施加的應(yīng)力。 這個(gè)過(guò)程可以大大提高您的PCB制造，大大改變您的電子產(chǎn)品生產(chǎn)關(guān)系。

得到的縱橫比與焦深除以束腰成正比，通過(guò)控制這兩個(gè)參數(shù)可以略微控制縱橫比。 使用波長(zhǎng)更小的激光器，如超快紫外激光器，可以進(jìn)一步減小通孔直徑，減少制造和制造過(guò)程中的鉆孔時(shí)間。

通過(guò)電鍍挑戰(zhàn)

鉆通孔需要對(duì)復(fù)雜性有一定的了解，包括增加電路的深度和增加制造的需要。 通孔的縱橫比會(huì)影響內(nèi)電鍍的難度。 使用電鍍?nèi)芤簩~沉積在通孔內(nèi)。 電鍍液必須能夠通過(guò)毛細(xì)作用芯被吸入通孔內(nèi)，以完全電鍍通孔內(nèi)部。

微柱電鍍涉及的物理和化學(xué)非常有趣。 在毛細(xì)作用期間，表面張力將電鍍?nèi)芤何胪祝~開(kāi)始沿壁沉積。 由于溶液表面形成的彎液面，銅前驅(qū)體將在通孔較深區(qū)域迅速?gòu)娜芤褐邢牡簟?結(jié)果，通孔筒的內(nèi)部可以具有比通孔邊緣更薄的涂層。

如果通孔的縱橫比大，通孔內(nèi)部的銅層會(huì)變薄，通孔中心在熱應(yīng)力作用下更容易開(kāi)裂。 粘度較低的電鍍液可以更有效地覆蓋高縱橫比的通孔內(nèi)部。 這不僅提高了通孔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也提高了其抗熱應(yīng)力的可靠性。

通孔的強(qiáng)度和可靠性因制造商而異。 即使通孔具有相同的縱橫比，也會(huì)發(fā)生這種情況。 由于制造過(guò)程中使用的電鍍方法導(dǎo)致的通孔沉積銅的重量和中心處的厚度，可靠性會(huì)有顯著差異。 PCB 加工、PCB 組裝和加工廠通過(guò)縱橫比共享 PCB 設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性和可制造性。