PCB 設計通過縱橫比：設計、信號完整性和可制造性

自然界中有一些美，只能在PCB設計中模仿。 自然界中的黃金比例是定義植物和動物縱橫比之間一般關系的一個很好的例子。 與任何東西一樣，PCB 板可以有幾層：導電層、介電層、勢壘層和鉆孔層。 雖然通孔的縱橫比不是黃金比例，但它們具有獨特的外觀，在PCB設計中極為重要。

通孔的縱橫比是一個深奧的問題，很多設計師都愿意忽略。 簡而言之，通孔的縱橫比是它的長度除以它的直徑。 盡管看起來很微妙，但通孔的縱橫比在各種 PCB 應用中很重要。 在考慮制造要求時，考慮縱橫比也很重要。

通孔縱橫比如何影響高速板設計

隨著數字信號傳輸速度的不斷提高，任何阻抗的不連續都會影響信號質量。 放置在信號線中的過孔是阻抗不連續點，在 PCB 中經常被忽略。 通孔可能表現出電感和/或電容的不連續性，并且當信號通過通孔時，這些寄生元件會降低信號質量。 無論是通過特性阻抗還是降噪，信號完整性都是一項長期挑戰。

可以調整通孔的阻抗，而無需使用額外的電容器或電感器來補償通孔阻抗。 為了補償縱橫比過孔中的寄生電容，必須移除沿過孔桶的所有非功能性焊盤。 捕獲墊的直徑應盡可能小，這也有助于最大化布線空間。 此外，使用回鉆通過存根將其刪除可以緩解信號完整性問題。 任何剩余的通孔樁都會在信號通過通孔時產生電感不連續性并引起信號反射。

與差分走線一樣，高速信號的過孔也可以采用差分方式進行設計。 信號過孔可與接地電路過孔并排放置。 用于差分配電線路的接地和信號過孔必須具有相同的幾何形狀，包括縱橫比，以保持對稱性并充分利用串擾減少的優勢。 增加接地過孔也可以改善插入/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，電路板的厚度并不是您電路板上的唯一問題。 不同的制造商具有不同的制造能力。 大多數制造商應該能夠以 6:1 到 10:1 的寬高比放置通孔。 IPC 可靠性標準還指定了 6:1 到 8:1 的縱橫比。 PCB 制造商認為 8:1 的縱橫比是必需的。

無論是盲孔還是埋孔，還是機械鉆孔放孔，關鍵參數是孔徑而不是長寬比。 較小的直徑需要更嚴格的鉆孔公差。 如果鉆頭稍微偏離目標，鉆頭會刺穿通向通孔的走線，從而使電路板幾乎無用，因為它的孔只是錯過了它的標記。

激光鉆孔面臨與機械鉆孔相同的水平機械公差要求。 然而，激光鉆孔有助于形成更小的通孔，而不會使板承受機械鉆孔過程中施加的應力。 這個過程可以大大提高您的PCB制造，大大改變您的電子產品生產關系。

得到的縱橫比與焦深除以束腰成正比，通過控制這兩個參數可以略微控制縱橫比。 使用波長更小的激光器，如超快紫外激光器，可以進一步減小通孔直徑，減少制造和制造過程中的鉆孔時間。

通過電鍍挑戰

鉆通孔需要對復雜性有一定的了解，包括增加電路的深度和增加制造的需要。 通孔的縱橫比會影響內電鍍的難度。 使用電鍍溶液將銅沉積在通孔內。 電鍍液必須能夠通過毛細作用芯被吸入通孔內，以完全電鍍通孔內部。

微柱電鍍涉及的物理和化學非常有趣。 在毛細作用期間，表面張力將電鍍溶液吸入通孔，銅開始沿壁沉積。 由于溶液表面形成的彎液面，銅前驅體將在通孔較深區域迅速從溶液中消耗掉。 結果，通孔筒的內部可以具有比通孔邊緣更薄的涂層。

如果通孔的縱橫比大，通孔內部的銅層會變薄，通孔中心在熱應力作用下更容易開裂。 粘度較低的電鍍液可以更有效地覆蓋高縱橫比的通孔內部。 這不僅提高了通孔的結構強度，也提高了其抗熱應力的可靠性。

通孔的強度和可靠性因制造商而異。 即使通孔具有相同的縱橫比，也會發生這種情況。 由于制造過程中使用的電鍍方法導致的通孔沉積銅的重量和中心處的厚度，可靠性會有顯著差異。 PCB 加工、PCB 組裝和加工廠通過縱橫比共享 PCB 設計：設計、信號完整性和可制造性。