PCB通孔如何实现电路板层的互连

通孔是钻在PCB上的微型导电通路，用于在不同的PCB层之间建立电气连接。基本上，通孔是PCB上的一个垂直轨迹。

什么是通孔？

在我们深入研究通孔之前，我将简单地定义一下什么是PCB。PCB是在受控参数下传输信号的艺术。印制电路板是元件相互连接的基础。其主要目的是在有源和无源元件之间形成电气连接，而不中断或干扰另一个信号或连接。因此，其基本思想是在不与另一连接相冲突的情况下形成连接网络。因此，印制电路板是各部件之间的连接，其连接不会相互重叠。

为了达到这一标准，PCB是由多层组成的。但是，这些多层板是如何相互连接以建立电气连续性的呢？这时通孔就出现了。

如前所述，通孔是连接PCB不同层的微小导电隧道，允许信号在其中流动。在设计电路之前，就要了解制造商的能力。

PCB中通孔的纵横比

纵横比（AR）是决定PCB可靠性的参数。在进一步讨论通孔之前，让我们先了解纵横比的概念。纵横比是PCB厚度与钻孔直径之间的比率。

纵横比（通孔）=（PCB的厚度）/（钻孔的直径）。

由于微孔不突出整个电路板，所以长宽比将是。

长宽比（微孔）=（钻孔深度）/（钻孔的直径）

长宽比在PCB制造过程中的电镀过程中起着突出的作用。电镀液必须在钻孔内有效流动，以达到所需的镀铜效果。与电路板厚度相比小的孔会导致镀铜不均匀或不令人满意。长宽比越大，在通孔内实现可靠的镀铜就越有挑战性。因此，长宽比越小，PCB的可靠性就越高。百能云板，我们提供长宽比为1.5:1的微孔。

微孔板长宽比

微孔纵横比图

PCB中不同种类的通孔

通孔的类型

根据其功能，在PCB上钻的通孔有不同类型。

通孔--孔从顶部穿到底部层。连接是由顶层到底层的线路导通。

盲孔--孔从外部层穿出，在内部层结束。该孔不穿透整个电路板，但将PCB的外部层与至少一个内部层相连。要么是从顶层连接到中间的某一层，要么是从底层连接到中间的某一层。一旦层压完成，孔的另一端就看不到了。因此，它们被称为盲通孔。

埋孔（隐藏孔）-这些孔位于内层，没有通往外层的路径。它们连接内层，并隐藏在视线之外。

根据IPC标准，埋藏孔和盲孔的直径必须是6密耳（150微米）或更小。

微型通孔

微孔描述

最常见的通孔是微孔（µvias）。在PCB制造过程中，微孔是用激光钻出来的，与标准孔相比，它的直径更小（小到4密耳）。微孔是在高密度互连或HDI PCB中实现的。 微孔的深度通常不超过两层，因为这些小孔内的镀铜是一项繁琐的工作。正如前面所讨论的，通孔的直径越小，为实现无电解镀铜，镀液的抛射功率应该越高。

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微孔的类型

根据微孔在PCB层中的位置，可将其分为叠层孔和交错孔。此外，还有一种微孔叫做跳孔。跳过层，意味着它们穿过一个层，与该层没有电接触。被跳过的层将不会与该通孔形成电连接。因此而得名。

微通道改善了电气特性，也允许在更小的空间内实现更高的功能的微型化。这反过来又为智能手机和其他移动设备中的大针数芯片提供了空间。Microvias减少了印刷电路板设计中的层数，实现了更高的布线密度。这就消除了对通孔孔道的需求。微孔的微型尺寸和功能相继提高了处理能力。实施微孔而不是通孔可以减少印刷电路板的层数，也便于BGA的突破。如果没有微孔，你仍然会使用一个大的无绳电话，而不是光滑的小智能手机。

通孔

有时通孔被焊接掩膜覆盖，使通孔不被暴露。这就是所谓的帐篷式通孔或覆盖式通孔。

现在我们对通孔有了更好的了解，让我们来看看最重要的部分，即焊盘中的通孔。有时也被称为通孔在焊盘上的镀层。

通孔或通孔板电镀（VIPPO）

随着信号速度、电路板元件密度和PCB厚度的增加，导致了孔中孔的实施。CAD设计工程师在使用传统的过孔结构的同时，还采用了过孔内置或过孔镀层（VIPPO），以达到可布线性和信号完整性的要求。

垫内通孔与传统通孔

那么，什么是焊盘内通孔？让我解释一下。在传统的通孔中，信号线从焊盘上走过，然后到通孔中。你可以在上图中看到这一点。这样做是为了避免焊膏在回流过程中渗入通孔。在 "焊盘内通孔 "中，钻孔的通孔出现在焊盘的正下方。准确地说，通孔是放在表面贴装元件的焊盘内。

传统的狗骨通孔和VIPPO通孔

首先，根据设计者的要求，用不导电的环氧树脂填充通孔。之后，这个通孔被盖上盖子并进行电镀以提供导电性。这种技术缩小了信号路径的长度，因此，消除了寄生电感和电容效应。

孔中孔可以容纳更小的元件间距，并缩小了PCB的整体尺寸。这项技术是BGA脚印元件的理想选择，也是PCB组装的一个重要部分。

为了使事情变得更好，背钻工艺与孔中孔一起实施。背部钻孔是为了消除通孔中未使用部分的信号反射。对不需要的通孔残端进行钻孔以消除任何形式的信号反射。这确保了信号的完整性。

带背钻的Vippo

通孔的快速PCB设计提示

这里有几个快速提示，你可以在设计中采用通孔时考虑：

除非设计上绝对需要，否则要避免盲孔和埋孔--这些孔需要更多的钻孔时间和额外的层压。这可能会增加整个PCB的成本。

叠层和交错通孔--选择交错通孔而不是叠层通孔，因为叠层通孔需要进行填充和平面化。这个过程很耗时，也很昂贵。

保持最小的纵横比。这能提供更好的电气性能和信号完整性。同时，这也导致了更低的噪音，更低的串扰，以及更低的EMI/RFI。

在高速设计中实施较小的通孔，因为杂散电容和电感会减少。

总是选择最简单的方案来满足你的设计需求。降低通孔的复杂性会导致周转时间和制造成本的降低。

非导电填充物通常足以满足信号布线的需要，而且更具有成本效益。因此，最好是尽可能地使用不导电的环氧树脂。

当你在布线高速信号时，如高清多媒体接口（HDMI），最好利用盲孔或埋孔来消除存根。

始终使用导热或高功率通孔的导电填料。较高的导热性能将有助于高功率元件所需的散热。

当使用填充通孔时，要确保填充后的焊盘表面是平面的，确保元件的水平放置，以避免墓碑状缺陷。墓碑缺陷是指在焊接过程中，元件的一侧从电路板上脱落。

在差分对上使用通孔--差分对布线要求导线的长度相等，以避免差分延时偏移。差分偏移是指一个信号比另一个信号更早到达接收器的情况。尽可能地避免在差分对上设置通孔。如果一个信号通过一个通孔，那么差分对中的另一个信号也必须通过一个通孔。在差分对中，每条线路上的通孔数量应该是相同的。

高速信号的通孔 - 通孔往往会给电路带来电感和电容。这种特性在频率较低的信号中通常可以忽略不计。当涉及到高速信号时，通孔可能会严重影响信号完整性。因此，最好避免在高速信号上使用通孔。