PCB 设计通过纵横比：设计、信号完整性和可制造性

PCB 设计通过纵横比：设计、信号完整性和可制造性

自然界中有一些美，只能在PCB设计中模仿。 自然界中的黄金比例是定义植物和动物纵横比之间一般关系的一个很好的例子。 与任何东西一样，PCB 板可以有几层：导电层、介电层、势垒层和钻孔层。 虽然通孔的纵横比不是黄金比例，但它们具有独特的外观，在PCB设计中极为重要。

通孔的纵横比是一个深奥的问题，很多设计师都愿意忽略。 简而言之，通孔的纵横比是它的长度除以它的直径。 尽管看起来很微妙，但通孔的纵横比在各种 PCB 应用中很重要。 在考虑制造要求时，考虑纵横比也很重要。

通孔纵横比如何影响高速板设计

随着数字信号传输速度的不断提高，任何阻抗的不连续都会影响信号质量。 放置在信号线中的过孔是阻抗不连续点，在 PCB 中经常被忽略。 通孔可能表现出电感和/或电容的不连续性，并且当信号通过通孔时，这些寄生元件会降低信号质量。 无论是通过特性阻抗还是降噪，信号完整性都是一项长期挑战。

可以调整通孔的阻抗，而无需使用额外的电容器或电感器来补偿通孔阻抗。 为了补偿纵横比过孔中的寄生电容，必须移除沿过孔桶的所有非功能性焊盘。 捕获垫的直径应尽可能小，这也有助于最大化布线空间。 此外，使用回钻通过存根将其删除可以缓解信号完整性问题。 任何剩余的通孔桩都会在信号通过通孔时产生电感不连续性并引起信号反射。

与差分走线一样，高速信号的过孔也可以采用差分方式进行设计。 信号过孔可与接地电路过孔并排放置。 用于差分配电线路的接地和信号过孔必须具有相同的几何形状，包括纵横比，以保持对称性并充分利用串扰减少的优势。 增加接地过孔也可以改善插入/回波损耗。

钻孔公差

在了解您的电路板要求和 PCB 制造材料要求时，电路板的厚度并不是您电路板上的唯一问题。 不同的制造商具有不同的制造能力。 大多数制造商应该能够以 6:1 到 10:1 的宽高比放置通孔。 IPC 可靠性标准还指定了 6:1 到 8:1 的纵横比。 PCB 制造商认为 8:1 的纵横比是必需的。

无论是盲孔还是埋孔，还是机械钻孔放孔，关键参数是孔径而不是长宽比。 较小的直径需要更严格的钻孔公差。 如果钻头稍微偏离目标，钻头会刺穿通向通孔的走线，从而使电路板几乎无用，因为它的孔只是错过了它的标记。

激光钻孔面临与机械钻孔相同的水平机械公差要求。 然而，激光钻孔有助于形成更小的通孔，而不会使板承受机械钻孔过程中施加的应力。 这个过程可以大大提高您的PCB制造，大大改变您的电子产品生产关系。

得到的纵横比与焦深除以束腰成正比，通过控制这两个参数可以略微控制纵横比。 使用波长更小的激光器，如超快紫外激光器，可以进一步减小通孔直径，减少制造和制造过程中的钻孔时间。

通过电镀挑战

钻通孔需要对复杂性有一定的了解，包括增加电路的深度和增加制造的需要。 通孔的纵横比会影响内电镀的难度。 使用电镀溶液将铜沉积在通孔内。 电镀液必须能够通过毛细作用芯被吸入通孔内，以完全电镀通孔内部。

微柱电镀涉及的物理和化学非常有趣。 在毛细作用期间，表面张力将电镀溶液吸入通孔，铜开始沿壁沉积。 由于溶液表面形成的弯液面，铜前驱体将在通孔较深区域迅速从溶液中消耗掉。 结果，通孔筒的内部可以具有比通孔边缘更薄的涂层。

如果通孔的纵横比大，通孔内部的铜层会变薄，通孔中心在热应力作用下更容易开裂。 粘度较低的电镀液可以更有效地覆盖高纵横比的通孔内部。 这不仅提高了通孔的结构强度，也提高了其抗热应力的可靠性。

通孔的强度和可靠性因制造商而异。 即使通孔具有相同的纵横比，也会发生这种情况。 由于制造过程中使用的电镀方法导致的通孔沉积铜的重量和中心处的厚度，可靠性会有显着差异。 PCB 加工、PCB 组装和加工厂通过纵横比共享 PCB 设计：设计、信号完整性和可制造性。