via:类型和应用

2020年8月28日

关键的外卖

PCB通孔的不同类型及其应用。
关于通孔的一些重要细节应该被考虑。
在PCB设计CAD工具中建立和使用通孔。

设计中的通孔和HDI通孔的3D视图。

在我们家，我们有一个洗衣滑道，尽管他们多年来一直否认，但我很确定我的孩子们用那个滑道不仅仅是洗脏衣服。毕竟，如果你可以从滑槽滑下来，很快就会进厨房，为什么还要花时间走下楼梯呢?作为一名家长，我当然不能容忍这种旅行方式，但作为一名PCB设计师，我钦佩他们的独创性。让我们面对现实吧，与走廊和楼梯相比，洗衣滑道——就像印刷电路板上的通道一样——是房子两层之间的一条非常短的路径。

在PCB设计中使用通孔可以使设计人员缩短为了完成连接而必须布线的迹线距离。就像洗衣房的滑槽一样，通道会将痕迹掉落到另一层有清晰路径的地方，而不是绕一圈很长一段路。重要的是要了解不同的通径类型和应用是什么，以便有效地使用它们的目的，既生产和信号的完整性．让我们来看看PCB设计人员可以使用的不同通孔以及它们应该如何使用。

通孔的不同类型及其应用

通孔是连接到PCB金属电路的金属衬孔，在板的不同层之间传导电信号。尽管通孔的尺寸、衬垫形状和孔直径各不相同，但只有少数几种不同的通孔类型或结构:

通孔通孔:这是线路板上最常用的通孔类型。这些孔是用机械钻头钻穿整个板子的，最小可达6密耳。
埋通道口:这种通道口只连接板的内部层，对于布线非常密集的pcb很有用。
盲道:盲道从板子的顶部或底部开始，但不贯穿整个板子。
微孔:用于直径小于6密耳的孔，用激光钻孔microvia使用。这些通孔只连接相邻的两层板，可以在板层堆叠的表面或埋在板层堆叠内。微通孔用途广泛，可以堆叠在一起，或在一个被埋没的通孔上，但有较高的制造成本。
衬垫内通孔(VIP):这些通孔既可以是标准的通孔，也可以是微通孔，但它们在表面安装衬垫中的位置使它们独一无二。如果使用标准的机械钻，通孔将需要额外的制造步骤，以防止焊盘上的焊料通过孔向下流动。另一方面，微通孔没有这个问题，但由于高密度设计中更严格的迹线和空间公差，它们可能更难制造。

最终，使用哪种通径取决于印刷电路板的技术、电路需求和PCB制造的目标成本。例如，微通孔因为其较小的尺寸而非常受欢迎，但这并不一定使其成为最佳选择。微通孔在其制造过程中涉及更多的步骤，因此，与机械钻通孔通孔相比，微通孔更昂贵。但如果你要设计一个高密度互连板，的microvia成为更好的选择。以下是通孔在PCB设计中的常用用途:

信号布线:大多数电路板将使用通孔通孔放置在一个信号布线网格．然而，较密的板也可以使用盲孔或埋孔，而非常密的板则需要微孔。
逸出路由:较大的表面贴装(SMT)组件通常可以通过通孔通孔实现逸出或扇出路由。在某些情况下，盲通孔或微通孔将被使用，对于非常密集的封装，如高针数bga, avia-in-pad就会被使用。
电力布线:由于用于电力和地网的通孔将传导更多的电流，它们通常被限制在较大的通孔通孔，尽管也可以使用盲通孔。
缝合通孔:这些通孔用于提供到一个平面的多个连接，因此是通孔或盲通孔。例如，电路的敏感区域可能被金属条包围，金属条上缝有通孔，以连接到地平面，以保护EMI。
热通孔:在这种情况下，通孔用于传热从一个组件通过它所连接的内部平面层。这通常需要一个更大的通孔或盲孔，这些通孔通常也在这些设备的衬垫中。

现在我们已经了解了通孔是什么以及它们是如何使用的，让我们更深入地探讨PCB设计人员在使用通孔时应该注意的一些问题。

小心通孔组，它们可能会阻塞接地面上的信号返回路径。

关于Vias的重要考虑

在PCB布局设计人员开始将通孔放入他们的板设计之前，还有一些关于通孔的细节需要讨论。我们已经简要地讨论了通孔通孔和微通孔之间的制造成本差异，如果你没有准备好，这可能是一个真正的警钟。现在，还有一些其他的考虑要记住。

纵横比

当使用机械钻来创建标准通道时，重要的是要记住，最小的可接受钻的尺寸是基于电路板的厚度。机械钻头在变得不可靠之前，能钻透的材料是有限度的。这是通过板厚与钻头尺寸的关系来衡量的，PCB制造商通常要求钻头尺寸的纵横比不超过10:1。这意味着对于一个62密耳厚的电路板，你应该使用的最小机械钻尺寸是6密耳或0.006英寸。如果你需要一个比这个小的洞，你应该考虑使用微孔纵横比1:1。

环孔

通径板的尺寸很重要。你需要确保一个足够大的环仍然通过钻。机械钻机在钻井时会有一点摆动，如果没有足够的环，通孔可能会因钻漏而受损。

信号的完整性

虽然通径很短，但它仍然是导体的一个可测量的长度，这可能会导致紧致问题信号完整性需求。例如，连接十层板上两层的通孔通孔会有8层不必要的金属，这可能会造成干扰。重要的是要发现这些问题，并通过技术补救它们，如回钻通过清除未使用的金属从线路之前，它作为天线。这就是Cadence Allegro等PCB设计工具的信号完整性分析仪对设计师在电路板生产前发现这些问题非常有帮助的地方。

路由密度

在板的密集区域被路由的情况下，设计人员必须注意它们不会阻塞路由通道或地平面返回路径通过。这可能发生在密集的部分，如高针数bga，在一个小区域有数百个通孔。这就是使用盲通孔和微通孔在规划BGA转义时变得至关重要的地方，这样每个引脚都得到路由，但重要的路由通道和平面不会在部件下面被阻塞。

有了这些考虑，现在是时候开始实例化设计中的通径了。接下来，我们将看看PCB设计系统中的一些特性，这将使工作容易得多。

PCB布局工具系统中的Padstack Editor。

在PCB设计CAD工具中创建和使用通孔

为了在PCB设计中使用通孔时获得最佳的结果，您需要一个既强大又灵活的CAD系统。您不仅需要工具，可以创建您需要的精确通孔，但您还需要一些高级功能，以使用这些通孔作为您的路由板。

Via创建:第一步是创建Via，正如你在上图中看到的，有一个高级的padstack编辑器，就像在Allegro PCB Designer中提供的一样，是非常有用的。使用它，您不仅可以指定不同层的垫块形状和尺寸，还可以控制钻头尺寸、公差和偏移量。
PCB库:一旦通孔完成，它有助于能够将这些通孔停放在一个图书馆你可以一次又一次地使用它们。这将为您在未来的设计中节省大量的时间和挫折，因为不必不断地重复工作。
路由工具:下一步是在你路由时使用通孔，Allegro也涵盖了这一点。你不仅可以在你路由的时候手动实例化你的via，而且有很多自动化功能比如扇出路由器，你会发现它很有用。
高级功能:Allegro的增强功能将提高您对通道口的使用到下一个水平。举个例子,通过结构；这个独特的功能将通孔与轨迹、形状和挡道相结合，以创建具有高速属性的自动扇出。
设计规则:用约束管理器在Allegro PCB Designer中，您可以控制每个单独的网使用哪个通孔。