印刷电路板PCB中的过孔是什么

2024-04-18 09:48:48 5

PCB(印刷电路板)中的过孔是一种重要的结构元素,它在多层PCB设计中起到电气连接、固定元件和定位的作用。过孔通过在PCB的不同层之间创建一个贯穿的通道,使电流能够在不同层的导电层之间顺畅地流动,实现电路的完整性和功能性。

1、过孔的定义与功能

过孔又称导通孔,是印刷电路板中实现不同层面导电图形之间垂直互连的通道。它由钻孔、孔壁金属化(镀铜)两部分组成,贯穿PCB的任意一层或多层,旨在实现电路板内部各层之间的电气连接,以及芯片、元器件与外部接口间的信号传输。

结构组成

  • 孔洞:过孔的核心部分是一个钻孔或激光蚀刻形成的孔洞,贯穿PCB的一个或多个层。

  • 孔壁镀层:在孔洞的内壁上,通常会沉积一层金属(如铜),形成导电层,以实现各层之间的电连接。这一过程通常通过化学镀铜(Electroless Plating)或电镀(Electroplating)工艺完成。

  • 焊盘:过孔的两端(顶部和底部,对于通孔;或表面和内层,对于盲孔和埋孔)通常设有焊盘(Pad),焊盘是与PCB板层上的导线或元件引脚焊接的区域,其形状、大小和金属化处理与PCB上的其他焊盘相同。

  • 隔离区:对于电源或接地过孔,有时会在过孔周围设置隔离环或阻焊层,以防止短路或增强散热。

过孔的主要功能:

  • 电气连接:过孔的主要作用是提供不同层之间的电气连接,使得电流能在多层板的不同导电层之间流动,实现信号传递、电源分配或接地回路的建立。

  • 元件固定与定位:除了电气功能,过孔还可以用于固定表面安装元件(如SMT元件),通过过孔焊盘与元件引脚焊接,确保元件在PCB上的精确位置。此外,过孔也可以作为机械定位孔,用于在装配过程中对齐和固定PCB与其他部件。

  • 散热与机械支撑:在某些情况下,特别是对于大电流或高功率应用,过孔可以作为散热路径,帮助热量从元件或内部层传导至PCB表面或散热结构。此外,过孔还能增强PCB的机械强度,特别是在有大面积铜层分布的地方,过孔可以防止板层间因热膨胀系数不同而导致的分离。

2、过孔的类型

根据过孔在PCB中的位置、制作方法及功能特性,主要分为以下几种类型:

通孔:通孔穿透整个PCB板,从顶层一直延伸到底层,连接所有中间层。通孔是最常见的过孔类型,制造工艺简单,成本相对较低,适用于各种互连需求,包括元件引脚的连接、跨层信号传输、电源和接地网络的连接等。

盲孔:盲孔仅穿透PCB的部分层数,一端开口于顶层或底层,另一端终止于中间某一层,其深度小于板厚。盲孔主要用于节省空间、提高密度的多层板设计,尤其在高速信号传输和高频电路中,可以减少信号传输路径,降低串扰和延迟。

埋孔:埋孔完全隐藏在PCB的内部层中,不延伸到板的表面。这类过孔仅连接中间层,不与外部可见,有利于进一步提高电路密度和减少信号干扰。埋孔通常出现在多层板的内层互联中,对于复杂、高密度的电路设计尤为关键。

背钻孔:先进行通孔制作,再对已连接完成的多余部分进行钻孔去除,主要用于高速信号传输的PCB中,减少不必要的寄生电容电感,提高信号完整性。

微孔:直径小于0.1mm的超精细过孔,常见于高密度互连(HDI)板、柔性电路板(FPC)等先进封装技术中,满足轻薄短小电子产品的需求。

3、过孔设计原则与影响因素

过孔设计需遵循以下原则,并考虑其对PCB性能的影响:

尺寸:过孔的直径、孔壁厚度(孔径比)、焊盘大小等直接影响其电性能(如寄生电感、电容)、加工难度和成本。小型过孔可以提高电路密度,但可能增加加工难度和成本;大型过孔则易于制造,但可能占用更多宝贵的空间。

设计规则:包括过孔尺寸(孔径、孔间距、焊盘大小)、数量、分布等,应依据电路板层数、信号速率、电流负载、散热需求等因素合理设定。遵循IPC标准及制造商建议,确保制造可行性与成本效益。

寄生参数:过孔存在寄生电容和电感,对高速信号传输产生影响。通过优化孔径、孔深比、反焊盘设计等手段,降低寄生效应,提升信号完整性。

数量与布局:过孔数量过多会增加PCB的成本,因为钻孔和镀铜是PCB制造中的主要成本因素之一。合理的过孔布局应尽量减少不必要的过孔,同时确保信号完整性、电源完整性以及散热需求。

可靠性:过孔质量直接影响PCB的机械强度与电气可靠性。应关注孔壁粗糙度、镀层质量、抗热应力能力等因素,采用适当的钻孔及孔金属化工艺,确保过孔长期稳定工作。

高速信号应用:对于高速信号传输,过孔的寄生电感和电容会影响信号质量,需通过优化过孔设计(如使用背钻技术减少过孔长度)、使用高速专用过孔设计软件进行仿真分析等手段来减少信号损失和串扰。

4、过孔制造工艺与技术趋势

  • 钻孔技术:包括机械钻孔、激光钻孔、等离子体钻孔等,随着技术进步,微孔及高深宽比过孔的制造能力不断提升,满足高密度、高速PCB的制造需求。

  • 孔金属化:主要包括化学镀铜、电镀铜等工艺,近年来,环保型无铅镀层、高可靠性阻抗控制镀层等先进技术得到广泛应用,提高过孔的电气性能与环境适应性。

  • 先进封装技术:如嵌入式元件技术、扇出型晶圆级封装等,对过孔设计与制造提出更高要求,推动微孔、任意层互联等新型过孔技术的发展。

  • 高速高频应用:随着5G通信、数据中心、自动驾驶等领域对PCB性能要求的提升,过孔设计需兼顾信号完整性和功率完整性,采用背钻、阶梯孔、共面波导等技术,有效抑制串扰、损耗,满足高速高频传输需求。

在PCB设计中,过孔的应用十分广泛。信号布线、电源布线和逃逸布线等都离不开过孔的支持。信号布线是PCB设计中最基本的布线方式,而过孔则是实现信号在不同层面之间传递的关键。通过合理地设置过孔,我们可以实现信号的快速、稳定传输,确保电路板的正常工作。

 

 

标签:#PCB

标签

意法半导体(ST)传感器二级管电容器存储器可调电感器磁珠电源模块嵌入式产品开发嵌入式硬件开发流程TL064CDTMCUSTM32F070CBT6电源管理(PMIC)晶闸管MOS管硬件设计电加热器嵌入式系统电阻器运算放大器数字电源PCB薄膜电容电解电容电路锂电池锂离子电池IC电源海思芯片麒麟芯片电源芯片功率放大器NTC热敏电阻电力电容器无源滤波器励磁变压器苹果M系列芯片Buck电路AC/DC转换器IGBT铝电解电容器钽电容器铝聚合物电容器超级电容器双电层电容器陶瓷电容器薄膜电容器浪涌抑制ic静电放电 (ESD)PTC可复位保险丝EMIBuck电路优化EMC开关模式电源(SMPS)电感器光刻机电路保护避雷器气体放电管涌流限制器( ICL)断路器开关电源GFCI保险丝热熔断体(温度保险丝)芯片电阻/贴片电阻电路设计连接器圆形连接器套管连接器ESD端子连接器模块化连接器同轴连接器RS-485安华高瑞萨电子PCB Layout爬电距离电气间隙三星电子稳压电源DC-DC转换器充电电路电路图大全存储器连接器积层式电感磁珠芯片制造过程TVS二极管Lot Number被动元件电路分析方法开关电源重型连接器端子块电气连接瑞萨奥腾收购信号隔离器安全栅区别英飞凌Q3财务营收D-sub连接器D型连接器背板连接器AC电源连接器刀片式电源连接器光纤连接器俄罗斯半导体硅晶圆中微半导体电子元件行业动态无源电子元件德州仪器基本电子元件焊接电子元件电子元件原理电子元件的工作原理电路板(PCB)测试元件发光二极管性能参数第一代计算机中使用了哪些电子元件第一代计算机矩形连接器电子元器件分销商电子元器件在线商城VCO压控振荡器电压控制振荡器编码器编码器常见类型编码器的应用电子元器件采购振荡器可编程振荡器谐振器谐振器的工作原理谐振器的作用晶振晶振基础知识介绍晶振选型指南接近传感器传感器传感器的安装与维护超声波传感器超声波传感器的用途色彩传感器选择指南运动传感器运动传感器的工作原理运动传感器的作用运动传感器的类型压力传感器如何选择压力传感器压力传感器的维护技巧关闭接近传感器的方法电流传感器CPUCPU 接近传感器的平均温度电感式接近传感器光纤电流传感器优势特点如何选择合适的传感器触摸传感器触摸传感器原理触摸传感器优势触摸传感器的编程接口示例触摸传感器的故障排查方法触摸传感器的选购指南触摸传感器的品牌供应商有哪些触摸传感器开关电容式触摸传感器位置传感器位置传感器的常见类型位置传感器的工作原理如何安装位置传感器华为节气门位置传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器故障曲轴位置传感器检测湿度传感器湿度传感器工作原理湿度传感器的优缺点湿度传感器的类型湿度传感器的选择

热门型号