PCB Via设计规则的电路板布局
关键的外卖
传统通孔通孔的位置和使用方法。
检查盲孔、埋孔和微孔的组成和使用。
组织PCB设计中的通孔。
PCB布线的三维视图中的通孔和微通孔
电路板可以包含数以千计的迹线、衬垫和孔，用于在组件引脚之间传输信号和电源。作为一个电路板布局设计师，你的工作是组织和设计这些元素，以正确地连接它们，不允许它们接触到其他信号或电源网络。要做到这一点，需要布线轨迹通过电路板设计和过渡他们之间的层与小孔称为通孔。
虽然使用via似乎是一个简单的操作，但可以有很多不同类型的通孔在你的设计中使用。每个通孔可能有不同的相关规则，作为设计师，你的工作是将它们组织起来，并在CAD系统中为每个通孔应用正确的规则。这里是一些关于PCB的更多信息，通过设计规则和你需要如何与他们合作，以保证你的电路板的性能和可制造性。
传统通孔通孔的位置和使用方法
自从第一个双层电路板批量生产以来，标准的镀通孔通孔孔已经成为PCB设计的主要内容。这些通孔在任何尺寸的板上钻孔，允许痕迹或金属填充连接到他们的任何板层上。通孔通孔可用于多种用途，包括:
- 常规路由:通孔通孔是将运行在一层板上的信号轨迹转换到另一层板上的标准方法。
- 逃避路由:表面贴装组件通常需要它们的引脚立即连接到一个通孔，以便在多层电路板的内部层上布线。在设计中，这些出口或扇出通孔通常在其他通孔之前布线。逃避通过应以确定的模式放置，以允许在板的内层上它们下面的路由通道的最大数量。
- 功率路由:通孔也用于将组件连接到电源或地平面或轨迹上。大多数电源通孔比常规布线通孔要大，以适应更大的电流。
通孔通孔也用于电路板上的特殊用途或特殊情况，包括以下情况:
- 热通过:对于运行热的组件，通孔通道通常嵌入在一个大的中央接地垫，通过板的接地平面散热。这些通孔是必不可少的，以防止积累的热量导致整个电路板上的其他部分的组件故障。
- 缝合通过:这些通孔为运行在板的不同层上的多个功率迹线进行的大电流电路提供多个连接。缝合通孔也将有助于这些电路的散热和降低连接的电感。
- 击剑通过:当在敏感电路周围放置多个接地通孔时，它们将产生法拉第笼效应。这种类型的布线将有助于抑制潜在的电磁干扰问题影响电路。
- 地面传输通过:在高速设计中，当信号路由在层与层之间转换时，使用地传输通孔来保留多个地平面层之间的信号返回路径。
- Via-in-pad:通孔可以放置在密集表面安装组件的衬垫中，如球栅阵列(BGA)组件。这有助于解决间距问题，但对于制造商来说，在标准通孔通道中使用机械钻头是很困难的。微孔是一个更好的解决方案。
作为一个镀通孔的轴向引线组件，通孔通路需要在每个板层上有一个垫，足够大的钻头使用，但足够小，不占用太多的空间。通孔通孔还需要在板的平面层上安装一个标准的防垫，大小与钻径相适应。在外层板层上绕通孔通路的金属环称为环形环。环形环是决定板可靠性水平的主要因素之一。第1类板允许环被钻孔破坏，而第2类板要求孔和环相切。3类板具有最高的可靠性评级，环形环在孔周围的任何一点都不能薄于5mils。
通孔通孔的另一个关键设计规则是根据钻孔的纵横比与板的厚度的关系来选择通孔尺寸。机械钻头的可靠钻深受到限制，而纵横比决定了这一限制。通常，线路板制造车间喜欢不超过10:1的纵横比，这意味着在62轧机厚的板中，可以可靠钻取的最小尺寸是6轧机。
如果通孔通管连接12层板的前两层上的高速信号，大部分未使用的通管可能作为天线，并造成信号完整性问题。为了解决这一问题，许多制造商将向后钻通孔的未使用部分。反钻需要设计者提供具体的说明和数据，以说明应该移除哪些通孔桶。然而，反钻确实增加了制造成本，通常使用微孔或盲孔和埋孔来提高板的性能更好。
最后，如果需要，通孔通孔可以被覆盖或填充，但像回钻一样，这种操作需要PCB设计师为制造商提供特定的说明:
- 帐篷形的或覆盖:焊锡掩膜用于覆盖通孔而不实际填充它，但必须注意避免在焊管中产生气穴，在焊接过程中加热时可以放出气体。通常，通气管的中央会留一个小孔，让热空气逸出。帐篷有助于通孔更接近表面安装的土地模式，而没有焊料流下孔。
- 导电填充:环氧树脂与金属物质如金、银或铜结合用来填充通道口。这种填充物有助于增加通气孔的电流容量并驱散热量，但它是昂贵的。
- 导电填充:这种填料保护通孔，消除了对表面光洁度的需要，但在其他方面无助于散热或电流容量。通常，这种填充是用焊锡掩膜或其他类似的材料完成的。
接下来，我们将通过控制电路板中的盲孔和埋孔的设计规则来查看PCB。
CAD系统中通孔及其路径轨迹的三维视图
盲孔和埋孔PCB通孔设计规则
为了帮助在电路板上创造更多的路由空间，制造商们想出了一种方法来限制通孔穿过电路板的层数。这些通孔被称为盲孔或埋孔，但设计师需要意识到，它们的加工成本高于标准的通孔通孔。
盲目的通过
盲通孔从电路板的外层开始，只穿过电路板的堆叠层的一半。盲通孔与通孔通孔具有相同的钻孔尺寸限制，因为它们是机械钻孔的，但它们允许在板层堆叠的通孔下方或上方添加额外的路由通道。这种能力使盲通孔与后钻通孔相比具有明显的优势，因为通孔通孔由于通孔管不允许在其下方或上方布线。
盲孔是按顺序建立的，这意味着在粘合在一起之前，层对是钻孔和镀的。盲孔由于在制造过程中需要额外的步骤，所以不具有成本效益，但可能需要使用盲孔信号的完整性或者电气性能的原因。PCB设计人员应谨慎使用盲孔，只在需要时使用，并在与制造商确定了制造细节后使用。
通过埋
埋孔和盲孔一样是机械钻孔，但它们开始和停止在板的内层，而不是到表面。这些通孔对于布线密集的印刷电路板也非常有用，允许布线通道在通孔的上方和下方使用。然而，像盲通孔一样，埋通孔也很昂贵，除非它们的使用可以显著减少板的层数，否则使用它们不太可能实现较低的价格。
更好的替代机械钻盲和埋设的通孔是使用激光钻微通孔。
微孔的物理组成的详细视图
解开PCB设计中的微通径之谜
微孔是指直径小于6密耳的小孔，通常用激光打孔。由于尺寸的关系，这些通孔通常只跨越一层，但可以在外部和内部电路板层上使用。微通孔由于尺寸小，在许多情况下都可以使用，但这些功能的制造成本要高得多。以下是一些与微通孔相关的PCB设计规则，是设计师需要注意的:
- 纵横比:由于微通孔的体积小，很难将其放入孔中，最好的做法是保持其直径大于深度。
- 板尺寸:由于它们的孔直径更小，PCB设计者可以使用更小的衬垫尺寸，低至12密耳，给他们更多的路由通道。
- 填充:微孔通常也被填充和镀，使它们与其他金属物体齐平。这种填充使得微通孔非常适合于通孔衬垫应用。
微通孔在PCB布局中是通用的，使它们成为必不可少的高密度的设计。如果没有在高密度bga的小衬垫中放置微通孔，这些大针数处理器和内存设备将无法被路由。微孔也可以与其他类型的通孔结合使用。微通孔不仅可以相互堆叠，还可以与埋透的或盲透的通孔堆叠。
现在我们已经了解了PCB布线中可用的不同类型的通孔及其设计规则，让我们看看PCB设计者如何在他们的设计中控制这些通孔。
Cadence Allegro的PCB编辑器中的编辑Via列表
组织PCB设计中的通孔
在设计中控制通孔之前，首先必须在PCB CAD数据库中安装通孔。您可以通过自己构造via对象或从另一个源导入它来实现这一点。大多数CAD系统为您提供构建通孔的工具和功能，例如Cadence Allegro中的padstack编辑器。一旦建立了via，它就可以保存到您的公司库，你可以在未来的设计中使用它。
随着通孔的构建和可用，您可以从上图所示的列表中选择要使用的通孔。像这样的工具直观地显示了via是如何构造的，因此您确切地知道您正在处理的是什么。在Cadence Allegro的约束编辑器中，您可以将适当的通孔分配给单独的网或网类，以便路由板。PCB通孔设计规则允许设计人员管理将在设计中使用的不同通孔，而不必为每个新网手动更改通孔。一旦设置正确，设计规则将自动为被路由的网络选择正确的通道，减轻设计者的工作量。
有关PCB布局和设计的更多信息，请看这个电子书从节奏。
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