本文要點

	傳統通孔的使用位置和方法。
	盲孔、埋孔和微孔的構造和使用方法。
	管理 PCB 設計中的過孔。

電路板可能包含數以千計的走線、焊盤和孔，用於在器件接腳之間傳導訊號和輸送電源。電路板 layout 設計師的職責就是整理和設計這些元件，將它們正確地連接起來，避免與其他訊號或電源網路接觸。要做到這一點，就需要在電路板設計中佈設走線，並在層與層之間用過孔 Via (一種小孔) 進行過渡。

雖然使用過孔似乎是一項簡單的操作，但在實際設計中，可能會用到許多不同類型的過孔。每種過孔都可能有不同的使用規則，作為設計人員，我們的職責就是讓過孔井然有序，並在 CAD 系統中為每種過孔應用正確的規則。下面，我們將詳細介紹 PCB 過孔的設計規則，以及如何使用這些規則來保證電路板的性能和可製造性。

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在空間有限的情況下， HDI 技術有助於實現緊湊型設計，為過孔、走線和器件留出空間又不增加電路板面積，滿足對小形狀參數的需求。

傳統通孔：使用位置和方法

自第一塊雙層電路板投入量產以來，標準的電鍍通孔已成為 PCB 設計中的基本元素。可以按照所需的任何尺寸在電路板上鑽出通孔，使走線或銅皮可以連接到任何一層電路板上的過孔。通孔有多種用途，包括：

	常規佈線
	通孔是將一個電路板層上的訊號走線過渡到另一個電路板層的標準方法。
	逃逸佈線
	表面黏著元件通常需要將接腳立即連接到過孔，以便在多層電路板的內部層上佈線。這些逃逸或扇出過孔通常是在佈設其他走線之前進行佈線。逃逸過孔的擺放模式應該是確定的，以便在其下方的電路板內層中留出盡可能多的佈線通道。
	電源佈線
	過孔還用於將器件連接到電源/接地平面或走線。大多數電源過孔都比普通佈線過孔要大，以適應其中通過的更大的電流。

通孔還用於電路板上的特殊用途或特殊情況，包括以下幾種：

	散熱孔
	對於運行溫度較高的元件，通孔通常會嵌入到一個大的中央接地焊盤中，以便通過電路板接地平面有效散熱。要避免因熱量積聚而導致電路板上的其他部件出現故障，這些過孔至關重要。
	縫合孔
	這類過孔為電路板不同層上的多條電源走線所傳導的大電流電路提供了多個連接。縫合孔還有助於這些電路的散熱並降低連接的電感。
	遮罩孔
	在敏感電路周圍佈置多個接地孔時，會產生法拉第籠效應。這種佈線方式有助於抑制潛在的 EMI 問題對電路的影響。
	接地傳輸孔
	在高速設計中，當訊號佈線在層間過渡時，接地傳輸孔用於保留多個接地平面層之間的訊號返回路徑。
	盤中孔
	可以將過孔放置在密集型表面貼裝元件 (如球柵陣列封裝，BGA) 的焊盤中。這樣做有助於解決間距問題，但對於在標準通孔中使用機械鑽頭的製造商來說，製造盤中孔可能會是一個難題。微孔是一種更好的解決方案。

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與軸向引線器件的電鍍通孔一樣，通孔需要在每一層電路板上都有一個焊盤 (pad)，焊盤要足夠大，以便使用鑽孔機，但又要足夠小，以免佔用過多空間。通孔還需要在電路板的平面層上設置標準的隔離焊盤 (anti-pad)，其大小應與鑽孔直徑相適應。電路板外層通孔周圍的金屬環稱為環形。環形是決定電路板可靠性等級的主要因素之一。1 級電路板允許環形被鑽孔破壞，而 2 級則要求鑽孔和環形相切。3 級電路板的可靠性等級最高，鑽孔周圍任何一點的環形厚度均不得低於 5 密耳。

通孔的另一個關鍵設計規則是根據鑽孔與電路板厚度的縱橫比選擇過孔尺寸。機械鑽頭的鑽孔深度有限，而縱橫比決定了鑽孔深度的極限。通常情況下，電路板製造商希望縱橫比不超過 10:1，這意味著在 62 密耳厚的電路板上，能可靠鑽出的最小尺寸的過孔是 6 密耳。

如果在 12 層電路板的前兩層使用通孔連接高速訊號，大部分未使用的通孔筒體可能會起到天線的作用，造成訊號完整性問題。為了解決這個問題，許多製造商會對未使用的過孔部分進行背面鑽孔。背鑽需要設計人員提供具體的說明和資料，指明應該去除哪些過孔筒體。不過，背鑽會增加製造成本，通常更好的選擇是使用微孔或盲孔和埋孔來提高電路板的性能。

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最後，如有必要，可以覆蓋或填充通孔，但與背鑽一樣，這種操作也需要 PCB 設計人員向製造商提供具體說明：

	過孔蓋油
	使用阻焊層覆蓋過孔，實際上不會填充通孔，但必須注意避免焊接加熱時在筒體中產生氣泡，進而導致氣體外泄。通常，在過孔蓋油的中心位置會留有一個小孔，以便排出熱空氣。過孔蓋油有助於使過孔更接近表面貼裝焊盤圖案，而不會使焊料從孔中流下。
	導電漿料塞孔
	使用環氧樹脂結合金、銀或銅等金屬物質填充通孔。這種塞孔方式有助於提高過孔的電流容量和散熱性能，但價格昂貴。
	非導電漿料塞孔
	這種塞孔方式可保護過孔，無需進行表面處理，但對散熱或電流容量沒有任何説明。這種塞孔方式通常使用阻焊層或其他類似材料。

接下來，我們將瞭解有關電路板盲孔和埋孔的 PCB 過孔設計規則。

盲孔和埋孔的 PCB 過孔設計規則

為了在電路板上創造更多的佈線空間，製造商想出了一種方法來限制通孔所能穿透的電路板層數。這些過孔被稱為盲孔或埋孔，但設計人員需要注意的是，它們的加工成本要高於標準通孔。

盲孔 Blind Vias

盲孔始於電路板的外層，只穿過電路板疊層的一部分。因為盲孔是機械鑽孔，所以盲孔的鑽孔尺寸限制與通孔相同，但在電路板疊層中，盲孔的下方或上方允許有額外的佈線通道。這一點使盲孔與背鑽的通孔相比具有絕對優勢，因為通孔由於孔筒的緣故，其下方或上方都不允許佈線。

盲孔是按順序製造的，這意味著要先對層對進行鑽孔和電鍍，然後再將它們粘合在一起。因為盲孔在製造過程中需要額外的步驟，所以成本效益不高，但出於訊號完整性或電氣性能的考慮，可能需要使用盲孔。PCB 設計人員應謹慎使用盲孔，只有在必要時並在與製造商確定製作細節後才可使用。

埋孔 Buried Vias

埋孔與盲孔一樣都是機械鑽孔，但它們的起止點在電路板的內部層，而不在表面。埋孔對於佈線密集的 PCB 非常有用，允許在埋孔的上方和下方設置佈線通道。不過，與盲孔一樣，埋孔的成本也很高，除非使用埋孔能顯著減少電路板的層數，否則其性價比不高。

除了機械鑽孔的盲孔和埋孔外，更好的選擇是使用鐳射鑽孔的微孔。

PCB 設計中的微孔揭秘

微孔 (Microvias) 是指直徑小於 6 密耳的孔，通常使用鐳射鑽孔。由於微孔尺寸很小，通常只穿過一層，但可用於外部和內部電路板層。由於尺寸小，微孔適用於許多無法使用通孔的情況，但其製造成本要高得多。與微孔相關的其他 PCB 過孔設計規則包括：

	縱橫比
	微孔尺寸小，因此很難對孔內進行電鍍，最佳做法是使其直徑大於深度。
	焊盤尺寸
	由於微孔直徑較小，PCB 設計人員可以使用更小的焊盤尺寸，小至 12 密耳，從而留出更多的佈線通道。
	塞孔
	通常還會對微孔進行塞孔和電鍍，使其與其他金屬元件齊平。這種塞孔方式使得微孔非常適合盤中孔應用。

微孔在 PCB layout 中的應用非常廣泛，是高密設計的關鍵元素。如果不在高密度 BGA 的小焊盤中放置微孔，這些接腳數很多的處理器和記憶體件就無法佈線。微孔還可以與其他類型的過孔結合使用。微孔不僅可以相互堆疊，還可以與埋孔或盲孔堆疊。

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現在我們已經瞭解了用於 PCB 佈線的不同類型的過孔及其設計規則，下面我們來看看 PCB 設計人員如何在設計中管理這些過孔。

管理 PCB 設計中的過孔

在管理設計中的過孔之前，首先要在 PCB CAD 資料庫中創建過孔。為此，我們可以自己構建過孔物件，也可以從其他來源導入。大多數 CAD 系統都提供構建過孔的工具和功能，例如 Cadence Allegro X PCB Designer 中的 Padstack Editor。一旦構建了過孔，就可以將其保存到公司庫中，以便在未來的設計中使用。

現在，過孔已經構建完成並可供使用，我們可以從上圖所示的列表中選擇要使用的過孔。這類工具可以直觀地顯示過孔的構造，因此我們可以清楚地知道自己正在使用哪種過孔。在 Cadence Allegro X PCB Designer 的 Constraint Editor 中，我們可以將合適的過孔分配給單個網路或網路類，以便對電路板進行佈線。借助 PCB 過孔設計規則，設計人員可以管理設計中使用的不同過孔，而無需為每個新網路手動更改過孔。一旦設置正確，設計規則將自動為正在佈線的網路選擇正確的過孔，從而減輕設計人員的工作量。

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原文出處

	PCB Via Design Rules for Circuit Board Layouts