在介紹過孔無盤工藝之前,我們先來看一下正常過孔是怎么樣的。
這是一個正常的過孔,鉆孔、過孔焊環(huán)、反焊盤....擁有標(biāo)準(zhǔn)過孔的一切,相信大家已經(jīng)熟悉的不能再熟悉。
過孔的貫通孔用于連接PCB的各層,而孔的焊環(huán)則負(fù)責(zé)將信號引出。周圍的銅皮對于非相同網(wǎng)絡(luò)過孔的避讓距離就是反焊盤。
既然信號是由焊環(huán)引出,那么在不引出信號線的層,這個焊環(huán)是否可以去掉?
這里以一個六層板為例,假設(shè)我們的信號需要從頂層通過過孔傳輸?shù)降讓樱敲幢匾暮腑h(huán)就只有頂層和底層的焊環(huán),中間的所有焊環(huán)都可以去掉。
再者,假設(shè)信號由頂層傳輸?shù)降谒膶樱敲幢匾暮腑h(huán)就是頂層,第四層和底層。換言之,只有表層(頂層和底層)以及出線層的焊環(huán)是必須的,其余層的焊環(huán)都是可以刪除的。
這種針對過孔多余焊環(huán)的處理辦法,就叫作無盤工藝。
那么為什么要采用無盤工藝,好處是什么?
關(guān)于好處,我們首先從LAYOUT的角度來分析。
左邊是我們沒有采用無盤藝的情況下,兩個過孔之間的走線,可以看見走線和過孔焊環(huán)非常靠近,有一定的風(fēng)險(xiǎn)。而右邊則是采用了無盤工藝后的情況,此時走線距離孔的間距大大增加,風(fēng)險(xiǎn)降低。
另外一個比較顯著的優(yōu)勢在于內(nèi)電層的敷銅,去掉多余焊環(huán)之后,之前很多銅皮無法鋪過去的區(qū)域,也可以進(jìn)行敷銅了。
無盤工藝的作用僅僅是降低PCB設(shè)計(jì)難度?肯定沒這么簡單,既然我們的公眾號叫做PCB設(shè)計(jì)與信號完整性仿真,那么剛剛講了PCB設(shè)計(jì),接下來就要從信號完整性的角度去解釋了。
由于過孔的特性,通常過孔的阻抗都是小于我們傳輸線阻抗50Ω的,當(dāng)傳輸線阻抗與過孔阻抗不匹配,就會產(chǎn)生反射,導(dǎo)致我們S參數(shù)中看到的損耗增加。
道理都懂,可是這個和無盤工藝有什么關(guān)系?
為了理清這個關(guān)系,這里做了兩個實(shí)驗(yàn)。
我們要讓一個信號從固定疊層的六層板的頂層走到底層。
第一個是正常的過孔,孔徑8MIL,焊環(huán)直徑16MIL,反焊盤直徑28MIL,普通的不能再普通。
將這個建模好的過孔導(dǎo)入HFSS進(jìn)行仿真,查看TDR阻抗。
接下來我們要做第二個仿真實(shí)驗(yàn)。同樣孔徑8MIL,焊環(huán)直徑16MIL,反焊盤直徑28MIL,唯一不同的是這個過孔我們采用無盤工藝,刪除掉了中間層多余的焊環(huán)。建模流程再走一遍,仿真保存結(jié)果。
將兩個結(jié)果進(jìn)行對比,可以看到采用無盤工藝后過孔阻抗由37.5提升到了41.5,更接近傳輸線阻抗50Ω,因此會有更小的反射,更好的信號質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做完,接下來就是要分析原因。首先要明白一個概念就是容性會導(dǎo)致阻抗降低,感性會導(dǎo)致阻抗上升。對于過孔這種阻抗偏低的實(shí)驗(yàn)對象,我們要做的就是降低過孔的容性以此來達(dá)到提升阻抗的目的。
道理明白后,那么剩下的就簡單了。由于焊環(huán)的存在,焊環(huán)是金屬,焊環(huán)外的銅皮也是金屬,中間隔著反焊盤間隙的介質(zhì)(X軸和Y軸方向)。根據(jù)初中學(xué)的知識,兩個金屬之間存在介質(zhì)就會產(chǎn)生電容,于是容性就增加了。而這只是一方面,另一方面焊環(huán)和焊環(huán)之間也會產(chǎn)生電容(Z軸方向),多重功效加在一起就把我們的過孔阻抗給拉低了。
到這里無盤工藝的優(yōu)勢已經(jīng)非常明顯了,不管是設(shè)計(jì)的便利性,還是信號完整性都有優(yōu)勢。那么大家最后的擔(dān)心的無非就是成本問題,使用無盤工藝會不會增加生產(chǎn)成本?
答案是:不存在的,放心用吧!
Allegro16.6設(shè)置方法如下(17.2可在層疊管理器中進(jìn)行設(shè)置):
-
pcb
+關(guān)注
關(guān)注
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原文標(biāo)題:PCB中針對過孔進(jìn)行無盤化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢
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