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高密度通过总经理

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作者节奏PCB解决方案

关键的外卖

  • 高密度互连PCB设计的案例

  • HDI设计中使用的通孔

  • 有效地通过使用设计约束进行管理

印刷电路板中衬垫和通孔的微观视图

在显微镜下观察的印刷电路板中的通孔

大多数人都熟悉去五金店买从清洁剂到灯泡的所有东西，但你有没有注意到他们所携带的所有不同类型的安装硬件?一开始有钉子、螺丝、螺母和螺栓，然后这些被分解成木材、金属、镀锌、塑料或精加工。接下来，根据公制或标准对它们进行细分，然后根据它们的长度、宽度和螺纹间距进行排序。我真搞不懂这些商店是如何管理这些存货的。

值得庆幸的是，在PCB设计的世界里，我们几乎没有那么多不同的项目需要跟踪。然而，有许多设计对象，如通孔，确实需要管理，特别是在高密度设计中。虽然旧的设计可能只使用了几种不同的通孔，但今天的高密度互连(HDI)设计需要许多不同的类型和尺寸。每个通孔都需要进行管理[链接到约束使用管理]，以便正确使用，以确保最大的板性能和无错误的可制造性。让我们仔细看看在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考虑因素

随着对小型电子设备的需求不断升级，驱动它们的印刷电路板也不得不随之缩小，以便能装进盒子里。与此同时，电子行业也不得不通过在电路板上增加更多的元件和电路来响应提高性能的要求。使问题进一步复杂化的是，PCB组件的尺寸不断减小，而它们的针脚数量不断增加，迫使使用更小的针脚和更紧的间距。对于PCB设计师来说，袋子越来越小，而装进袋子里的东西越来越大，很快传统的电路板设计方法就达到了极限。

为了适应在更小的电路板尺寸上增加电路的需要，引入了一种新的PCB设计方法，称为高密度互连，或HDI。这些设计使用了更新的制造技术，以更小的线宽和更薄的材料建造板，以及盲孔和埋孔或激光钻孔微孔。这些高密度特性使更多的电路可以在更小的电路板区域内制造，并为大针数ic提供了一个可行的连接解决方案。

使用这些高密度通孔还产生了一些其他好处:

  • 路由通道:由于盲孔和埋孔以及微孔不能完全穿过板层分层盘旋飞行，这在设计中开辟了额外的路由通道。通过对这些不同通孔的战略性布置，设计师现在可以将那些有数百个引脚的部件排除出去。如果只使用标准通孔通孔，具有这么多引脚的组件通常会阻塞所有内层路由通道。

  • 信号的完整性这些设备上的许多信号也有特定的信号完整性需求这可能会受到通过油管的通孔长度的影响。这些通孔可以作为辐射电磁干扰的天线，或影响关键网络的信号返回路径。然而，使用盲通孔和埋设通孔或微通孔，消除了可能由过孔通孔的额外长度引起的信号完整性问题。

为了更好地了解我们正在讨论的通孔，我们接下来将看看在高密度设计中可以使用的通孔的不同类型和应用。

编辑通过列表在Allegro PCB设计器

PCB设计工具中的通孔列表，显示不同通孔的类型和配置

高密度互连通过类型和结构

通孔是线路板上连接堆叠中两个或多个层的孔。通常，通孔将沿迹从板的一层传输到不同层上的相应迹的信号。为了在迹层之间传导信号，通孔在制造过程中镀上金属。通孔会有不同大小的孔和金属垫，这取决于它们的用途。较小的通孔用于信号路由，而较大的通孔用于电源和接地布线或者帮助缓解运行过热的组件。

以下是在电路板上使用的不同类型的通孔:

  • 通孔:通孔通孔是自双面印刷电路板首次问世以来一直在使用的标准通孔。孔是机械钻穿整个板和镀通过。然而，机械钻头的钻径有限制，这取决于钻头直径与板厚的长宽比。通常通孔通孔不能可靠地钻或镀任何小于0.15毫米，或0.006英寸。

  • 盲目的这种通孔也像通孔通孔一样被机械钻穿，但使用额外的制造步骤，只从表面钻穿部分板层。这些通孔也有相同的钻头尺寸限制，但它们允许额外的路径通道上面或下面，这取决于他们在板的一边。

  • 埋:像盲孔一样，埋孔是机械钻出的，但开始和停止在板的内层，而不是从表面层。这个通道也需要额外的制作步骤，因为被埋没在板层堆叠中。

  • Microvia这个孔是用激光打孔的，目的是创造一个比机械钻的0.15毫米限制小的孔。由于微通孔将只跨越相邻的两层板，它的纵横比允许一个更小的孔电镀。它也可以放在板的表层或内部。微通孔通常是填充和镀的，因此它们本质上是隐藏的，这允许它们被放置在表面贴装组件垫，如球栅阵列(BGA)。由于其钻头尺寸小，微通孔也需要比普通通孔小得多的衬垫，大小约为0.300毫米或0.012英寸。

microvia图

高密度设计中使用的典型微通道图

这些通过不同类型还可以根据设计的需要配置为以不同的模式协同工作。例如，微孔可以与其他微孔叠在一起，也可以与埋在地下的微孔叠在一起。这些通孔也可以彼此交错排列。如前所述，微通孔可用于表面贴装组件引脚的衬垫内。通过消除从表面贴装技术(SMT)衬垫到逸出通道的传统跟踪路由，这进一步缓解了跟踪路由阻塞。

这些是HDI设计中可以使用的不同类型的通孔。接下来，我们将看看PCB设计人员如何最好地管理它们的使用。

在PCB设计CAD工具中管理高密度通孔

虽然只有几种类型的通孔可以用于PCB设计，但不同的通孔大小和形状可以创建的方式是无穷无尽的。除了大型BGA部件的底部有几百个引脚外，电源和地面连接通常使用比常规路由更大的通孔通路。对于那些,微孔在表面安装垫可能和其他BGA垫一起是必要的。虽然这些较大的部件将受益于微通孔的使用，但具有较少引脚的常规表面贴装部件将不会受益，标准的通孔通径可以用于它们的路由。这些通孔通孔将比电源和接地通孔更小，而用于散热的通孔通孔将更大。然后是所有不同大小的盲孔和埋孔都可以使用。

不用说，在HDI设计中，可能需要几十个不同的通孔来满足所有的设计需求，这可能会让人有点困惑。虽然设计师可能会跟踪其中的几个通孔，但随着不同尺寸的增加，通孔的管理变得越来越困难。设计师不仅要跟踪所有这些通孔，而且根据所使用的板的面积，可以在同一网上使用不同的通孔。例如，时钟信号可以使用SMT衬垫中的微通径从BGA引脚路由出去，但随后又返回到线路更下方的深埋通径。但你不会想要用一个通孔通孔网，因为额外的长度通孔筒可能会创建一个不必要的天线在那条线上。

显然，需要一个更好的via管理解决方案。幸运的是，PCB设计CAD系统的革新者如Cadence已经提供了设计人员需要的工具正确管理它们的高密度通孔．

Allegro PCB设计师约束管理器

Allegro PCB Designer中的约束管理系统用于通过间隙进行管理

使用先进的约束管理系统

通过使用Cadence的Allegro PCB设计器中的约束管理器，可以在跟踪路由时为每个网络分配一个或多个通孔。这将减轻设计者在连接每个网络时手动过滤所有可用通孔的压力。网络类还可以为网组设置，并且可以为这些类分配特定的通孔，使它们的管理更加简单。此外，可以将多个通径约束(如间距)全局分配给通径，或分配给板的特定层和区域。您还可以指定间距约束到不同的via类型，你正在工作，正如你可以在上图中看到的。

使用Allegro PCB Editor中的约束管理系统将大大简化在HDI PCB设计中管理高密度通孔的任务。欲了解更多信息，请查看我们的电子书在高速的设计。

如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．