By Cadence

本文要點

	高密互連 PCB 設計案例
	用於 HDI 設計的過孔
	使用設計規則進行有效過孔管理

正如五金店裡需要管理並陳列各種類型、公制、材質、長度、寬度和螺距等的釘子、螺絲類安裝件，PCB 設計領域中也需要管理過孔這樣的設計物件，尤其在高密設計中更是如此。傳統的 PCB 設計可能只使用幾種不同的過孔，但如今的 高密互連 (HDI) 設計 則需要許多不同類型和尺寸的過孔。而每一個過孔都需要被加以管理，從而被正確地使用，確保最大程度提高電路板性能和無誤差可製造性。本文將詳細闡述在 PCB 設計中管理高密過孔的需求，以及如何實現這一需求。

驅動高密 PCB 設計的因素

隨著市場對小型電子設備的需求不斷增長，驅動這些設備的印刷電路板也不得不隨之縮小，以便能安裝到設備中。與此同時，為了滿足性能提升要求，電子設備不得不在電路板上增加更多的器件和電路。PCB 器件的尺寸在不斷減小，而引腳數量卻在增加，因此不得不使用更小的引腳和更緊密的間距來進行設計，這一切讓問題更加複雜。對於 PCB 設計師來說，這相當於袋子越來越小，而裡面裝的東西越來越多。傳統的電路板設計方法很快就達到了極限。

為了滿足在更小的電路板尺寸上增加更多電路的需求，一種新的 PCB 設計方法應運而生——高密互連，簡稱 HDI。HDI 設計採用了更先進的電路板製造技術，線寬更小，材料更薄，具備盲孔和埋孔或者用雷射鑽出來的微孔。得益於這些高密特性，更小的電路板上可以佈置更多的電路，並為多引腳積體電路提供了可行的連接解決方案。

使用這些高密過孔還帶來了其他幾個好處：

	佈線通道：
	由於盲孔和埋孔以及微孔不穿透板層堆疊，這在設計中創造了額外的佈線通道。透過有策略地放置這些不同的過孔，設計師可以為擁有數百個引腳的器件佈線。如果只使用標準的通孔，引腳如此之多的器件通常會阻塞所有的內層佈線通道。
	信號完整性：
	小型電子設備上的許多信號也有特定的信號完整性要求，而通孔不能滿足此類設計要求。這些過孔會形成天線，引入 EMI 問題，或者影響關鍵網路的信號返回路徑。使用盲孔和埋孔或者微孔，則可以消除潛在的因為使用通孔而造成的信號完整性問題。

為了更好地理解上文所說的這些過孔，我們接下來看一下在高密設計中可以使用的不同類型的過孔及其應用。

高密互連過孔的類型和結構

過孔是電路板上連通兩層或兩層以上堆疊的孔洞。通常來說，過孔將走線承載的信號從電路板的一層傳輸到另一層相應的走線上。為了在走線層之間傳導信號，過孔在製造過程中被鍍上金屬。根據具體用途，過孔的尺寸和焊盤各不相同。較小的過孔用於信號佈線，而較大的過孔則用於電源和接地佈線，或幫助過熱的器件散熱。

以下是電路板上不同類型的過孔：

	通孔：
	通孔是雙面印刷電路板自首次問世以來一直在使用的標準過孔。孔洞是以機械方式鑽出，穿透整個電路板，並採用電鍍工藝。然而，機械鑽頭能鑽出的最小孔徑有一定局限性，取決於鑽徑與板厚的縱橫比。一般來說，通孔的孔徑不小於 0.15 毫米。
	盲孔：
	這種過孔像通孔一樣，也是以機械方式鑽出，但採用了更多的製造步驟，只從表面鑽穿部分板層。盲孔也同樣面臨著鑽頭尺寸限制問題；但取決於位於電路板的哪一面，我們可以在盲孔的上方或下方進行佈線。
	埋孔：
	埋孔與盲孔一樣，也是以機械方式鑽出，但起止於電路板的內層而不是表層。由於需要埋入板層堆疊，這種過孔也需要額外的製造步驟。
	微孔：
	這種過孔是用雷射燒蝕，孔徑小於機械鑽頭的 0.15 毫米限制。由於微孔只跨越電路板的相鄰兩層，其縱橫比使可供電鍍的孔洞要小得多。微孔也可以放置在電路板的表層或內部。微孔通常是填充和電鍍的，基本上是隱藏式的，因此可以放置在球柵陣列 (BGA) 等元件的表面黏著元件焊球中。由於孔徑小，微孔所需要的焊盤也比普通過孔小得多，大約為 0.300 毫米。

根據設計需求，可以對以上不同類型的過孔進行配置，使它們配合工作。例如，微孔可以與其他微孔疊放在一起，也可以與埋孔疊放在一起。這些過孔也可以交錯排列。如前所述，微孔可以放置在表面黏著元件引腳的焊盤內。由於沒有了從表面黏著焊盤到扇出過孔的傳統走線，佈線擁塞的問題得到進一步緩解。

以上不同類型的過孔可以用於 HDI 設計。接下來，我們看看 PCB 設計人員如何才能有效地管理過孔的使用。

PCB 設計 CAD 工具中的高密過孔管理

雖然只有少數幾種類型的過孔可用於 PCB 設計，但有許多方法可以創造出不同的過孔大小和形狀。用於電源和接地連接的通孔，通常比用於常規佈線的通孔更大，放置在擁有幾百個引腳的大型 BGA 元件底部的過孔除外。對於這些，除了BGA 焊盤以外，可能還需要表面黏著焊盤中的微孔。雖然較大的元件將受益於微孔的使用，但微孔並不適合引腳較少的常規表面黏著元件；對於這種佈線則建議使用標準的通孔。這些通孔比電源和接地過孔更小，而用於散熱的通孔更大。此外，還可以使用各種不同尺寸的盲孔和埋孔。

顯然，在 HDI 設計中，由於需要許多不同的過孔來滿足所有的設計需求，因此容易使人不知所措。雖然設計師可以追蹤其中的幾個過孔，但隨著過孔的尺寸規格越來越多，過孔變得越來越難以管理。不僅設計師必須管理所有這些過孔，而且根據電路板的區域，不同的過孔可以用於同一個網路。例如，時鐘信號可以透過 SMT 焊盤中的微孔從 BGA 引腳走線出去，但隨後會在那條線路的下一段回到埋孔。但對於這個網路，最好不要使用傳統式過孔，因為額外的筒狀孔壁可能會線上路上產生不必要的天線。

那麼，如何更好地管理過孔呢？Cadence^® Allegro^® PCB Designer 為設計師提供了有效的高密過孔管理功能。

使用先進的規則管理系統

Cadence Allegro PCB Designer 的規則管理器可為每個網路分配一個或多個過孔用於佈線。這將減輕設計師在連接每個網路時手動篩選所有可用過孔的壓力。也可以為網路組設置網路類，這些網路類可以分配特定的過孔，大大簡化了手動管理。此外，可以為過孔或者電路板的特定層和區域全域分配間距等多個過孔約束；還可以為正在處理的不同過孔類型指定間距約束。

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延伸閱讀

	實用筆記 ｜ HDI：如何實現高密度互連
	實用筆記 ｜ PCB 設計中，如何使用 Constraints 高效管理過孔
	實用筆記 ｜ PCB 阻焊層與助焊層的區別
	精采回顧 ｜ PCB 智動化設計

原文出處

	Managing High-Density Vias