4层PCB盲通:3D打印vs.传统制造
我喜欢在网上阅读电子设计师交流意见时的“技术聊天”。并在印刷电路板(PCB)设计挑战中相互帮助。通常是有经验的高级工程师指导新工程师设计他们的第一个pcb。有时，你会读到经验丰富的设计师之间关于某些流程或设计软件的局限性的坦率讨论，承认设计想法出了问题，以及失败的设计让公司付出了多少代价。资深电子设计师的全面经验提供了一个敏锐的概述，以理解为什么设计规则到位，以及如何权衡成本与可能的设计配置。
一些设计工程师最活跃的在线辩论是围绕4层PCB盲孔和埋孔，或“BB孔”的主题——当它们的使用是合理的，以及对其高制造成本的警告。在至少有四层的板上使用盲孔和埋孔。多层板在更小的占地面积内提供更高的容量和速度。
PCB设计中的通孔是什么?
“via”(Vertical Interconnect Access的首字母缩写)是在PCB上钻孔，然后电镀以使其导电。过孔仅用于多层pcb或封装之间的信号路由-单层设计不需要过孔。在拉丁语中，via是路径或途径的意思，是PCB层之间的电连接，用于将信号从一层传递到另一层。
PCB制造从一个核心开始——第一个双面PCB。前两层之后的层从这个基本的构建块开始堆叠。然后，在每个堆垛或打桩阶段通过钻孔可以实现不同的通孔配置。过孔可分为四种类型:盲过孔、埋过孔、通过孔和存根过孔。
过孔是一种设计技术，允许更复杂的设计，而不增加板层数或板尺寸。过孔为电能和热能在PCB或集成电路(IC)上从一层移动到另一层。一般来说，消耗的能量越多，就需要更多的通孔来将热垫连接到可以分配热能的底层铜层。集成电路上的通孔通常称为通硅通孔(TSV)。
过孔也有缺点。在高速设计中，过孔可能在信号和电源完整性方面产生小的不连续。在信号线之间提供连接的通孔不同的平面造成返回路径的不连续(RPDs)，因为返回电流必须在平面之间跳跃以关闭电流回路，影响信号完整性。此外，通孔的电容(存储电荷的能力)会使信号速度变慢。
如果没有合适的眼睛，管理几个通孔都很困难，更不用说数千个了。
什么是四层PCB盲通孔?
一个4层盲孔是一个镀孔连接，从外部表面层通过，并终止在一个内层-它不通过整个板，正如一个“通孔”。盲通孔只在印刷电路的一侧可见，因此被称为“盲通孔”。埋孔只连接内层。
除了在某些设计场景下，4层盲孔和埋孔并不具有成本效益。为了减少PCB层数而使用盲孔和埋孔不会节省成本，因为需要多个制造步骤。
传统的制造成本高得令人望而却步
在一个电子在线论坛上，参与者正在讨论4层盲孔和埋孔的优缺点，一位工程师分享了BB孔在特定设计中的成本。他愤怒地总结说，如果现在给他看一个需要BB通孔的4层PCB，他会“以某种方式找到一种方法”在没有BB通孔的6层电路板上布线。
为了制造带有盲孔或埋孔的4层PCB，有两种传统的钻孔方法:激光钻孔或顺序分层。在激光方法中，一个孔通过一层薄薄的绝缘介质蒸发，在激光束被内部铜垫反射回来的地方停止。用激光制造的过孔有局限性，因为孔很小，其深度不能超过其直径，以确保穿透沿孔排列的镀铜层。因此，用这种方法，盲孔只能穿透一层，从外表层开始。
使用顺序构建机械方法，盲孔和埋孔能够通过多层。在这种方法中，在将板粘合在一起之前，对板进行钻孔和镀铜，因此镀铜完全穿透孔。通过结合适当的钻孔、电镀和粘合顺序，各种各样的盲孔结构是可能的。
有些人也选择在他们的设计中使用球栅阵列(BGAs)。
如果PCB可以被限制为单层，那是最理想的。然而，当PCB是多层，如HDI(高密度互连)PCB在激光钻盲孔或埋通孔之前，需要中间分层步骤，从而提高了成本。
对于超过六层的pcb，建议为了可靠性，pcb应限制在三个组装/分层步骤。例如，一个10层PCB将需要三个钻孔步骤和两个分层步骤。
关于上面讨论的传统(减法)制造方法，电子设计人员之间的普遍共识是:
pcb的主要成本驱动因素是层压步骤的数量。
激光打孔比机械打孔更划算。
对于4层板，在堆叠中添加2层总是比添加盲孔和埋孔便宜。
盲通孔和埋通孔在具有高布线密度的HDI板上得到了最好的利用，这是通过在多层板中创造性地使用通孔所驱动的。
由于复杂性和成本的增加，使用盲孔和埋孔最好由有经验的设计师来完成。
3D打印机消除了传统的制造步骤
与上述相比，3D打印过孔无需钻孔。增材3D打印使用的过程主要是数字化的，需要更少的材料和更少的人力。此外，一个多层，密集包装的PCB盲孔和埋过孔可以在不到24小时内生产。
PCB中通孔的减法和增材制造技术的这些差异意味着PCB设计人员可以自由地探索独特的互连设计，而不受传统PCB设计规则的限制。换句话说，通道的几何形状不再受限制。Via设计师可以超越电镀的“铜桶”，实现他们喜欢的任何互连架构。3D打印的逐层过程并不局限于垂直结构;这些连接可以向任何方向运行，甚至可以是弯曲的!
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