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PCB生產(chǎn)中的過(guò)孔和背鉆有哪些技術(shù)?
發(fā)布時(shí)間:2019-11-14 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】做硬件的朋友都知道,PCB過(guò)孔的設(shè)計(jì)其實(shí)很有講究,今天為大家分享PCB中過(guò)孔和背鉆的技術(shù)知識(shí)。
一、高速PCB中的過(guò)孔設(shè)計(jì)
在高速PCB設(shè)計(jì)中,往往需要采用多層PCB,而過(guò)孔是多層PCB 設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素。
PCB中的過(guò)孔主要由孔、孔周?chē)暮副P(pán)區(qū)、POWER 層隔離區(qū)三部分組成。
1.高速PCB中過(guò)孔的影響
高速PCB多層板中,信號(hào)從某層互連線傳輸?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)連接,在頻率低于1GHz時(shí),過(guò)孔能起到一個(gè)很好的連接作用,其寄生電容、電感可以忽略。
當(dāng)頻率高于1 GHz后,過(guò)孔的寄生效應(yīng)對(duì)信號(hào)完整性的影響就不能忽略,此時(shí)過(guò)孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn),會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射、延時(shí)、衰減等信號(hào)完整性問(wèn)題。
當(dāng)信號(hào)通過(guò)過(guò)孔傳輸至另外一層時(shí),信號(hào)線的參考層同時(shí)也作為過(guò)孔信號(hào)的返回路徑,并且返回電流會(huì)通過(guò)電容耦合在參考層間流動(dòng),并引起地彈等問(wèn)題。
2.過(guò)孔的類型
過(guò)孔一般又分為三類:通孔、盲孔和埋孔。
盲孔:指位于印刷線路板的頂層和底層表面,具有一定深度,用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接,孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。
埋孔:指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔,它不會(huì)延伸到線路板的表面。
通孔:這種孔穿過(guò)整個(gè)線路板,可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn),成本較低,所以一般印制電路板均使用。
3.高速PCB中的過(guò)孔設(shè)計(jì)
在高速PCB設(shè)計(jì)中,看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響,在設(shè)計(jì)中可以盡量做到:
(1)選擇合理的過(guò)孔尺寸。對(duì)于多層一般密度的PCB 設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),選用0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤(pán)/ POWER 隔離區(qū))的過(guò)孔較好;對(duì)于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過(guò)孔,也可以嘗試非穿導(dǎo)孔;對(duì)于電源或地線的過(guò)孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗;
(2)POWER隔離區(qū)越大越好,考慮PCB 上的過(guò)孔密度,一般為D1=D2+0.41;
(3)PCB 上的信號(hào)走線盡量不換層,也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔;
(4)使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù);
(5)電源和地的管腳要就近過(guò)孔,過(guò)孔和管腳之間的引線越短越好,因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗,以減少阻抗;
(6)在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔,以便為信號(hào)提供短距離回路。
此外,過(guò)孔長(zhǎng)度也是影響過(guò)孔電感的主要因素之一。對(duì)用于頂、底層導(dǎo)通的過(guò)孔,過(guò)孔長(zhǎng)度等于PCB厚度,由于PCB層數(shù)的不斷增加,PCB厚度常常會(huì)達(dá)到5 mm以上。然而,高速PCB設(shè)計(jì)時(shí),為減小過(guò)孔帶來(lái)的問(wèn)題,過(guò)孔長(zhǎng)度一般控制在2.0mm以內(nèi)。對(duì)于過(guò)孔長(zhǎng)度大于2.0 mm過(guò)孔,通過(guò)增加過(guò)孔孔徑,可在一定程度上提高過(guò)孔阻抗連續(xù)性。當(dāng)過(guò)孔長(zhǎng)度為1.0 mm及以下時(shí),最佳過(guò)孔孔徑為0.20 mm - 0.30 mm。
二、PCB生產(chǎn)中的背鉆工藝
1.什么PCB背鉆?
背鉆其實(shí)就是孔深鉆比較特殊的一種,在多層板的制作中,例如12層板的制作,我們需要將第1層連到第9層,通常我們鉆出通孔(一次鉆),然后沉銅。這樣第1層直接連到第12層,實(shí)際我們只需要第1層連到第9層,第10到第12層由于沒(méi)有線路相連,像一個(gè)柱子。
這個(gè)柱子影響信號(hào)的通路,在通訊信號(hào)中會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)題。所以將這個(gè)多余的柱子(業(yè)內(nèi)叫STUB)從反面鉆掉(二次鉆)。所以叫背鉆,但是一般也不會(huì)鉆那么干凈,因?yàn)楹罄m(xù)工序會(huì)電解掉一點(diǎn)銅,且鉆尖本身也是尖的。所以PCB廠家會(huì)留下一小點(diǎn),這個(gè)留下的STUB的長(zhǎng)度叫B值,一般在50-150UM范圍為好。
2.背鉆孔有什么樣的優(yōu)點(diǎn)?
1)減小雜訊干擾;
2)提高信號(hào)完整性;
3)局部板厚變??;
4)減少埋盲孔的使用,降低PCB制作難度。
3.背鉆孔有什么作用?
背鉆的作用是鉆掉沒(méi)有起到任何連接或者傳輸作用的通孔段,避免造成高速信號(hào)傳輸?shù)姆瓷?、散射、延遲等,給信號(hào)帶來(lái)“失真”研究表明:影響信號(hào)系統(tǒng)信號(hào)完整性的主要因素除設(shè)計(jì)、板材料、傳輸線、連接器、芯片封裝等因素外,導(dǎo)通孔對(duì)信號(hào)完整性有較大影響。
4.背鉆孔生產(chǎn)工作原理
依靠鉆針下鉆時(shí),鉆針尖接觸基板板面銅箔時(shí)產(chǎn)生的微電流來(lái)感應(yīng)板面高度位置,再依據(jù)設(shè)定的下鉆深度進(jìn)行下鉆,在達(dá)到下鉆深度時(shí)停止下鉆。如圖二:
5.背鉆制作工藝流程?
● 提供PCB,PCB上設(shè)有定位孔,利用所述定位孔對(duì)PCB進(jìn)行一鉆定位并進(jìn)行一鉆鉆孔;
● 對(duì)一鉆鉆孔后的PCB進(jìn)行電鍍,電鍍前對(duì)所述定位孔進(jìn)行干膜封孔處理;
● 在電鍍后的PCB上制作外層圖形;
● 在形成外層圖形后的PCB上進(jìn)行圖形電鍍,在圖形電鍍前對(duì)所述定位孔進(jìn)行干膜封孔處理;
● 利用一鉆所使用的定位孔進(jìn)行背鉆定位,采用鉆刀對(duì)需要進(jìn)行背鉆的電鍍孔進(jìn)行背鉆;
● 背鉆后對(duì)背鉆孔進(jìn)行水洗,清除背鉆孔內(nèi)殘留的鉆屑。
6.背鉆孔板技術(shù)特征有哪些?
1)多數(shù)背板是硬板
2)層數(shù)一般為8至50層
3)板厚:2.5mm以上
4)厚徑比較大
5)板尺寸較大
6)一般首鉆最小孔徑>=0.3mm
7)外層線路較少,多為壓接孔方陣設(shè)計(jì)
8)背鉆孔通常比需要鉆掉的孔大0.2MM
9)背鉆深度公差:+/-0.05MM
10)如果背鉆要求鉆到M層,那么M層到M-1(M層的下一層)層的介質(zhì)厚度最小0.17MM
7.背鉆孔板主要應(yīng)用于何種領(lǐng)域呢?
背板主要應(yīng)用于通信設(shè)備、大型服務(wù)器、醫(yī)療電子、軍事、航天等領(lǐng)域。由于軍事、航天屬于敏感行業(yè),國(guó)內(nèi)背板通常由軍事、航天系統(tǒng)的研究所、研發(fā)中心或具有較強(qiáng)軍事、航天背景的PCB制造商提供;在中國(guó),背板需求主要來(lái)自通信產(chǎn)業(yè),現(xiàn)逐漸發(fā)展壯大的通信設(shè)備制造領(lǐng)域。
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