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高密度通孔管理

发布日期
作者Cadence PCB解决方案

关键的外卖

  • 高密度互连PCB设计的案例

  • HDI设计中使用的过孔

  • 通过使用设计约束的管理有效

印刷电路板中焊盘和过孔的显微视图

在显微镜下检查印刷电路板中的过孔

大多数人都熟悉去五金店买从清洁剂到灯泡的所有东西，但你有没有注意到他们携带的所有不同类型的安装硬件?一开始有钉子、螺丝、螺母和螺栓，然后这些被分解成木材、金属、镀锌、塑料或精加工。接下来，它们按公制或标准进行细分，然后按长度、宽度和螺纹间距进行排序。我真搞不懂这些商店是如何管理存货的。

值得庆幸的是，在PCB设计的世界里，我们几乎没有那么多不同的项目要跟踪。然而，有很多像过孔这样的设计对象确实需要管理，特别是在高密度设计中。虽然旧的设计可能只使用了几种不同的通孔，但今天的高密度互连(HDI)设计需要许多不同的类型和尺寸。这些通孔中的每一个都需要管理[链接到管理的约束使用]，以便正确使用，以确保最大的板性能和无错误的可制造性。让我们仔细看看在PCB设计中管理高密度过孔的需求，以及如何做到这一点。

驱动高密度印刷电路板设计的注意事项

随着对小型电子设备的需求不断增加，驱动它们的印刷电路板不得不随着它们一起缩小，以适应盒子。与此同时，电子产品必须通过在电路板上添加更多的组件和电路来响应增强功能的要求。使问题进一步复杂化的是，PCB组件尺寸不断减小，而它们的引脚数量却不断增加，迫使使用间距更小的引脚。对于PCB设计师来说，袋子越来越小，而袋子里的东西越来越大，很快传统的电路板设计方法就达到了极限。

为了适应在更小的电路板尺寸上增加电路的需要，引入了一种新的PCB设计方法，称为高密度互连，或HDI。这些设计利用更新的制造技术来制造线宽更小、材料更薄的板，以及盲孔和埋孔或激光钻孔微孔。这些高密度特性使更多的电路可以在更小的电路板区域内制造，并为大引脚数ic提供可行的连接解决方案。

这些高密度通孔的使用还产生了其他一些好处:

  • 路由通道:由于盲孔和埋孔以及微孔不能完全通过单板层堆叠，这在设计中打开了额外的路由通道。通过这些不同的通孔的战略位置，设计师现在可以路由出有数百个引脚的部件。如果仅使用标准通孔过孔，具有这么多引脚的组件通常会阻塞所有内层路由通道。

  • 信号的完整性:这些设备上的许多信号也有特定的信号完整性要求这可能会受到贯穿孔穿过枪管的整个长度的威胁。这些通孔可以作为天线辐射EMI，或影响一个关键网络的信号返回路径。然而，使用盲通孔和埋通孔或微通孔，消除了可能由通孔通孔的额外长度引起的信号完整性问题。

为了更好地了解我们正在讨论的过孔，接下来我们将看看可用于高密度设计的过孔的不同类型和应用。

在Allegro PCB Designer中编辑via列表

PCB设计工具中的过孔列表，显示不同过孔的类型和配置

通过类型和结构的高密度互连

过孔是电路板上连接堆叠中的两层或多层的孔。典型地，该通孔将信号沿迹线从电路板的一层传导到不同层上对应的迹线。为了在迹线层之间传导信号，该通孔在制造过程中被镀上金属。过孔将带有不同大小的孔和金属垫，这取决于它们的用途。较小的通孔用于信号路由，而较大的通孔用于电源和接地布线，或帮助缓解运行过热的组件。

以下是你将在电路板上看到的不同类型的过孔:

  • 通孔:自双面印刷电路板首次问世以来，通孔孔孔一直被使用。这个孔是机械钻穿整个板和镀通过。然而，机械钻头在钻得有多小方面有限制，这取决于钻头直径与板厚度的纵横比。通常一个通孔不能可靠地钻或镀任何小于0.15毫米，或0.006英寸。

  • 盲目的:这个通过也机械钻，就像一个通孔通过是，但使用额外的制造步骤钻只通过部分板层从表面。这些过孔也有相同的钻尺寸限制通孔过孔做，但他们允许额外的路由通道上面或下面，取决于他们在板的一边。

  • 埋:像盲孔一样，埋孔是机械钻成的，但开始和停止在板的内层，而不是来自表层。这个通道也需要额外的制造步骤，因为被埋在板层堆叠。

  • Microvia:这个孔是用激光钻成的，目的是创造一个比机械钻的0.15毫米限制更小的孔。由于微孔只会跨越两个相邻的板层，它的纵横比允许一个更小的孔用于电镀。它也可以放在板的表层或内部。微孔通常是填充和镀的，因此它们基本上是隐藏的，这使得它们可以放置在表面贴装组件垫中，用于球栅阵列(BGA)等部件。由于钻头尺寸小，微孔也需要比普通孔小得多的衬垫，尺寸约为0.300毫米或0.012英寸。

微孔图

高密度设计中使用的典型微通孔示意图

这些不同的via类型还可以根据设计的需要配置为以不同的模式协同工作。例如，微孔可以与其他微孔堆叠在一起，或者它们可以与埋藏的过孔堆叠在一起。这些通孔也可以彼此交错排列。如前所述，微孔可以在表面贴装组件引脚的衬垫内使用。通过消除从表面贴装技术(SMT)衬垫到逸出孔的传统跟踪路由，这进一步缓解了跟踪路由拥塞。

这些是HDI设计中可以使用的不同类型的过孔。接下来，我们将看看PCB设计人员如何最好地管理它们的使用。

在PCB设计CAD工具中管理高密度通孔

虽然在PCB设计中只有几种类型的过孔，但可以创建不同尺寸和形状的过孔的方法是无止境的。电源和接地连接通常会使用比常规布线使用的更大的通孔，除了大型BGA部件的底部有几百个引脚。对于那些，微孔在表面安装垫可能会和其他BGA护垫一起使用。虽然一些较大的部件将受益于微通孔的使用，但具有较少引脚的常规表面安装部件将不会，并且可以使用标准的通孔通孔进行布线。这些通孔通孔将比电源和地面通孔小，而用于散热的通孔通孔将更大。然后有所有不同大小的盲孔和埋孔可以使用。

不用说，在HDI设计中，可能需要几十个不同的通孔来满足所有的设计要求，这可能会让人有点困惑。虽然设计师可能会跟踪其中的几个，但随着不同尺寸的数量的增长，过孔变得越来越难以管理。设计师不仅要跟踪所有这些过孔，而且不同的过孔可以在同一网上使用，这取决于所使用的板的面积。例如，时钟信号可能使用SMT衬垫中的微通孔从BGA引脚路由出来，但随后又恢复到线路下方的埋通孔。但你不会想要为这张网使用通孔，因为通孔桶的额外长度可能会在这条线上产生不必要的天线。

显然，需要一个更好的via管理解决方案。幸运的是，像Cadence这样的PCB设计CAD系统创新者已经提供了设计师需要的工具妥善管理其高密度过孔．

Allegro PCB设计师约束管理器

在Allegro PCB Designer中的约束管理系统用于通过间隙进行管理

使用先进的约束管理系统

通过使用Cadence的Allegro PCB设计器中的约束管理器，每个网络可以分配一个或多个通孔来跟踪路由。这将减轻设计师在连接每个网络时手动过滤所有可用通孔的压力。网络类也可以为网络组设置，这些类可以分配特定的通道，使他们的管理更加简单。此外，多个通孔约束(如间距)可以全局分配给通孔，或分配给板的特定层和区域。您还可以指定间距约束到不同的via类型，你正在工作，你可以在上面的图片中看到。

使用Allegro PCB Editor中的约束管理系统将大大简化HDI PCB设计中管理高密度通孔的任务。欲了解更多信息，请查看我们的电子书高速设计。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．

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