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通過縱橫比：設計，信號完整性和可制造性
通過縱橫比：設計，信號完整性和可制造性
大自然中存在著某種美，只能在PCB設計中被模仿。在自然界中發現的黃金比例是定義植物和動物的長寬比的普遍關系的一個很好的例子。就像任何東西一樣，PCB上可以有一些層：導電層，介電層，勢壘層以及隨鉆而來的層。盡管通孔的長寬比不是黃金比例，但它們具有獨特的外觀，在PCB設計中極為重要。
通孔的長寬比是一個深奧的問題，許多設計師都樂于忽略。簡而言之，通孔的長寬比是其長度除以其直徑。盡管看起來似乎很細微，但通孔的縱橫比在各種PCB應用中都很重要。在考慮制造要求時考慮長寬比也很重要。
通孔縱橫比如何影響高速設計
隨著數字信號傳輸速度的不斷提高，任何阻抗不連續都會影響信號質量。放置在信號線中的過孔是PCB中經常被忽略的阻抗不連續性。通孔可能表現為電感性和/或電容性不連續，并且這些寄生元件在信號通過通孔時會降低信號質量。無論是通過特性阻抗還是降低噪聲，信號完整性都是一個長期的挑戰。
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。要補償高長寬比過孔中的寄生電容，必須去除沿過孔桶的所有非功能性焊盤。捕獲墊應使用盡可能小的直徑，這也有助于最大化布線空間。此外，使用回鉆以通過存根將其移除可緩解信號完整性問題。任何剩余的通孔樁都會出現電感性不連續，并在信號通過通孔時引起信號反射。
就像差分跡線一樣，可以以差分方式設計用于高速信號的通孔。信號通孔可以與接地回路通孔并排放置。用于差分布線的接地和信號通孔必須具有相同的幾何形狀，包括長寬比，以保持對稱性并充分利用降低串擾的優勢。增加的接地過孔還可以改善插入/回波損耗。
鉆孔公差
在了解您的板的需求和PCB制造的材料需求時，板的厚度并不是您板上唯一的問題。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至10：1的寬高比放置通孔。IPC可靠性標準還規定了6：1至8：1的縱橫比。長寬比為8：1被認為是PCB制造商必需的功能。
用PCB鉆進行PCB處理
無論使用盲孔還是埋孔，無論是通過機械鉆孔進行孔放置，關鍵參數都是孔直徑而不是長寬比。較小的直徑要求更嚴格的鉆孔公差。如果鉆頭略微偏離了目標，鉆頭可以打穿通向通孔的跡線，從而使電路板實際上沒有任何作用，因為它的孔僅錯過了其標記。
激光鉆孔面臨與機械鉆孔相同的橫向機械公差要求。然而，激光鉆孔有利于形成較小的通孔，而不會使板承受機械鉆孔期間所施加的應力。這個過程可以極大地改善您的印刷電路板制造，并極大地改變您的電子產品生產關系。
所得到的縱橫比與聚焦深度除以束腰成正比，并且可以通過控制這兩個參數來稍微控制縱橫比。使用波長較小的激光（例如超快UV激光）可進一步減小通孔直徑，并減少制造和制造過程中的鉆孔時間。
通過電鍍挑戰
鉆通孔將需要對復雜性有一些了解，這些復雜性包括增加電路的深度和增加制造的必要性。通孔的縱橫比會影響內部鍍覆的難度。使用電鍍液將銅沉積在通孔的內部。電鍍液必須能夠通過毛細作用芯吸到通孔中，以完全電鍍通孔的內部。
涉及微柱電鍍的物理和化學非常有趣。在毛細作用期間，表面張力將電鍍液吸入通孔中，并且銅開始沿壁沉積。由于在溶液表面形成的彎液面，銅前驅物會在通孔的較深區域從溶液中迅速消耗掉。結果，通孔桶的內部可以具有比通孔的邊緣處更薄的鍍層。
如果通孔的縱橫比較大，則通孔內部的銅涂層將更薄，并且在熱應力作用下通孔的中心更容易開裂。具有較低粘度的鍍液可以更有效地覆蓋高縱橫比通孔的內部。這不僅提高了通孔的結構強度，而且還提高了其抗熱應力的可靠性。
HDI板上的小直徑通孔
通孔的強度和可靠性在不同的制造商之間往往會有所不同。盡管通孔具有相同的寬高比，也會發生這種情況。由于沉積在通孔中的銅的重量和在制造過程中使用的電鍍方法所導致的中心處的厚度，會導致明顯的可靠性差異。