盲区、埋藏区和微型通道的定义

概览

本文介绍了 PCB 设计中使用的各种过孔类型,包括通孔、盲孔、埋孔和微孔,并说明了它们与电路板制造工艺及层间连接的关系。文章还详细介绍了如何使用 Altium Designer 的层叠管理器定义和管理这些过孔类型,涵盖起始层和终止层、µVia 选项以及对称行为等关键设置。如果您希望更清楚地了解 Altium Designer 如何支持高级过孔结构,以及如何在设计流程中正确配置这些结构,本文将帮助您打好基础。请继续阅读,让您的多层 PCB 设计更加得心应手、准确可靠。

- 您将了解盲孔、埋孔、通孔和微孔之间的区别,以及制造工艺如何影响它们的适用范围。
- 您将学习在 Altium Designer 中何处以及如何定义过孔类型,包括设置跨层范围和配置 µVia。
- 您将了解 Altium Designer 如何在 PCB 编辑器中处理过孔类型,包括根据已使用的过孔创建过孔类型,以及支持在制造文档中输出 µVia 信息。
使用 AI 深入了解:
 

过孔的作用

过孔用于在印制电路板中建立垂直连接,即层间连接。

在早期的电路板制造中,所有过孔都从电路板的一面贯穿到另一面。这些 thru-hole vias 在各层制造完成并蚀刻出走线后钻孔。随后通过化学镀工艺在钻孔内形成导电孔壁,完成层间连接。

随着 PCB 制造技术的发展,多层板应运而生,同时也实现了在其他层对之间钻制过孔的能力。通过在制造过程的特定阶段钻孔,可以形成仅跨越两个相邻信号层的过孔。这些过孔称为 blind vias(从表面层连接到其下一个内层)和 buried vias(连接两个内层)。

过孔能够跨越哪些层,取决于电路板所采用的制造技术。制造多层板的传统方法是先制作一组薄的双面板,然后在高温高压下将其压合成多层板。

下图展示了一块六层板,图左侧标有各层的名称。该板首先制作为三块双面板(Top-Plane1、Mid1-Mid2、Plane2-Bottom) ,如图中带剖面线的芯板层所示。

如果需要,可以在这些双面板上钻制过孔。当过孔从表面层跨越到内层时,形成的过孔称为 blind vias(过孔 1);当过孔从一个内层跨越到另一个内层时,形成的过孔称为 buried vias(过孔 2)。将各层压合成一块多层板后,再钻制通孔(过孔 3)。

可以形成的三种过孔类型:盲孔(1)、埋孔(2)和通孔。
可以形成的三种过孔类型:盲孔(1)、埋孔(2)和通孔。

另一种多层板制造技术称为积层技术,即逐层添加电路层,通常以双面板或传统多层板为基础。使用这种技术时,可以在积层过程中每添加一层后使用激光钻制过孔,从而实现多种层对之间的连接。每个过孔所使用的层对由其 Start Layer 和 End Layer 设置定义。

如果您设计的多层板需要包含盲孔或埋孔,请咨询电路板制造商 ,以确保采用最佳的叠层结构和层对组合。

在使用盲孔或埋孔之前,务必确认制造商所能提供的支持程度。大多数制造商都支持盲孔和埋孔。 过孔能够跨越哪些层,取决于电路板所采用的制造技术。 采用这种技术时,多层板由一组薄的双面板压合而成。因此,盲孔和埋孔可以连接这些双面板的表面。

制造工艺的改进以及激光钻孔技术的引入,使得制造极小尺寸(<10 mil)的过孔成为可能,这些过孔从表面层连接到下一个信号层,称为微孔(µVia)。通过在制造过程的逐层积层阶段制作微孔(这一过程称为顺序压合或顺序积层),如今可以形成堆叠微孔,实现信号在各层之间的无缝过渡。

Altium Designer 支持所有这些过孔类型。

所有可制造的过孔类型都可以在层叠管理器的“过孔类型”选项卡中定义。
所有可制造的过孔类型都可以在层叠管理器的“过孔类型”选项卡中定义。

定义过孔类型

  1. 要定义新的过孔类型,请切换到 层叠管理器的 Via Types 选项卡。在这里,可以为设计所需的每种过孔类型定义其在 Z 平面上的跨层要求。打开 Via Types 选项卡时,其中会包含一种通孔类型。 对于双层板,默认过孔名为 Thru 1:2,该名称反映了过孔类型以及过孔跨越的起始层和终止层。默认的通孔跨层定义无法删除。
  2. 当前所选过孔类型的属性可在 Properties 面板的 层叠管理器模式下编辑。如果面板未显示,请单击应用程序右下角的  按钮将其启用。
  3. 单击  按钮添加另一种过孔类型,然后在 Properties 面板中选择此过孔类型跨越的层。新定义的名称将为 <Type> <FirstLayer>:<LastLayer>(例如 Thru 1:2)。软件会根据所选层自动检测类型(例如通孔、盲孔、埋孔),并相应地命名该过孔类型。
  4. 配置 First Layer 和 Last Layer 设置,以定义此过孔类型的跨层范围。
  5. 如果需要微孔,请勾选 µVia 复选框。此选项仅在过孔跨越相邻层,或跨越相邻层再加一层(称为跳层过孔)时可用。
  6. 如果在 Properties 面板的 Board 区域中启用了 Stack Symmetry 选项,Mirror 选项就会变为可用。启用 Mirror 后,系统会自动创建当前过孔的镜像过孔,跨越层叠中与之对称的层;请根据需要启用此选项。 
  7. 保存叠层,使更改在 PCB 编辑器中生效。

放置在设计空间中的过孔包含一个 Name 属性,其中列出了 Layer Stack Manager 中定义的所有过孔类型。电路板中使用的所有过孔都必须属于 Layer Stack Manager 中定义的某种过孔类型。

也可以通过从 Layer Stack Manager 菜单中选择 Tools » 根据已使用的过孔创建过孔类型 命令,根据 PCB 文档中使用的过孔创建过孔类型。如果与当前活动层叠关联的 PCB 设计区域中使用了某些过孔,而这些过孔在 Layer Stack Manager 中没有对应的过孔类型,则会根据这些过孔添加新的过孔类型。
请注意,虽然 Layer 层叠管理器的 Via Types 选项卡用于定义每种过孔类型的跨层(Z 平面)要求,但过孔的尺寸属性(包括直径和孔径)not在 Via Types 选项卡中定义。要了解有关定义过孔尺寸属性的更多信息,请参阅 使用焊盘和过孔 页面中的 定义过孔属性部分。

属性面板

当 Via Types 当层叠文档的选项卡处于活动状态时, Properties 面板可用于定义设计中过孔允许的 Z 平面跨层要求。

Via Types tab 用于定义设计中过孔允许的 Z 平面跨层要求。

  • Via Type
    • Name – 过孔的名称。软件会根据所选层自动检测过孔类型,并相应地为过孔命名。
    • First layer – 过孔跨越的起始层。
    • Last layer – 过孔跨越的终止层。
    • µVia – 如果需要微孔,请启用此选项。
    • Mirror – 启用后,将创建当前过孔的镜像过孔,跨越层叠中与当前过孔对称的层。仅当启用 Stack Symmetry 选项时,此选项才可用。
  • Board
    • Stack Symmetry – 启用后,以中间介质层为中心,成对添加匹配的层。启用时,会立即检查层叠是否关于中心介质层对称。如果与中心介质参考层等距的任意一对层不相同,则会打开 层叠不对称对话框。
启用 Stack Symmetry 后:
– 对某一层属性的编辑操作会自动应用于其对称的对应层。
– 添加层时,会自动添加匹配的对称对应层。
  • Library Compliance – 启用后,对于从材料库中选择的每一层,都会将当前层属性与库中该材料定义的值进行核对。
  • Substack – 此处显示当前所选子层叠的信息(层、介质、厚度等)。切换到其他子层叠时,这些信息会相应更新,以反映当前所选子层叠。
仅当在 Features 下拉菜单中启用 Rigid/Flex 选项时,Substack 区域才可用。
  • Stack Name – 输入有意义的子层叠名称。将某个子层叠分配给 X/Y 层叠区域时,此字段很有用。
  • Is Flex – 如果子层叠为柔性层叠,请启用此选项。
  • Layers – 子层叠中的层总数。
  • Dielectrics – 子层叠中的介质层总数。
  • Conductive Thickness – 子层叠中导电层的厚度。铜信号层称为导电层。
  • Dielectric Thickness – 子层叠中介质层的厚度。
  • Total Thickness – 子层叠的总厚度。

µVia(微孔)

µVia 在高密度互连(HDI)设计中用作层间互连,以满足先进元件封装和电路板设计的高输入/输出(I/O)密度需求。HDI 电路板采用顺序增层(SBU)技术制造。HDI 层通常构建在采用传统工艺制造的双面芯板或多层 PCB 上。在传统 PCB 的两侧逐层构建 HDI 层时,可通过激光钻孔、过孔成形、过孔金属化和过孔填充等工艺形成 µVia。由于孔是通过激光钻出的,因此呈锥形。

如果某个连接需要跨越多个层,最初的方法是按阶梯状排列一系列错位的 µVia。随着技术和工艺的改进,现在可以将 µVia 直接堆叠在彼此之上。

埋置 µVia 必须填充,而外层的盲 µVia 则不需要填充。堆叠 µVia 通常使用电镀铜填充,以实现多个 HDI 层之间的电气互连,并为 µVia 的外层提供结构支撑。

µVia 的定义

IPC-2226A - 微孔:(增层过孔)定义为一种盲孔结构,按下图所示方式测量时,其最大纵横比为 1:1,终止于或穿入 Target Land,从该结构的 Capture Land 箔到 Target Land 测得的总深度(X)不超过 0.25 mm [9.84 mil]。

 

µVia 支持

  • 软件支持两种类型的 µVia:

    • 从某一层跨越到相邻层的 µVia。
    • 一种 Skip µVia,此类 µVia 跳过相邻层,落在其后的下一铜层上。
  • 过孔类型会根据定义的跨层范围自动检测,如下图所示。

  • 选择 First layer 和 Last layer 的顺序决定了 µVia 的钻孔方向,如图中锥形 µVia 的朝向所示。

  • 在交互式布线过程中跨越多个层时,µVia 会自动堆叠(使用可用的过孔类型)。 了解有关布线时更改过孔类型的更多信息。

µVia 输出注意事项

PCB 钻孔表和钻孔类输出文件均支持 µVia。

钻孔表

PCB 钻孔表包含 µVia 钻孔层对。

钻孔表按尺寸标识每个孔;如果同一尺寸用于多个钻孔层对,则会将其标记为混合。钻孔表按尺寸标识每个孔;如果同一尺寸用于多个钻孔层对,则会将其标记为混合。

钻孔制造文件

由于 µVia 采用不同的成孔技术(激光钻孔),因此,对于每个需要钻孔的层对,µVia 的孔详细信息都会输出到单独的钻孔文件中。

NC Drill - 为每个 µVia 钻孔层对创建单独的文件。

Gerber X2 - 为每个 µVia 绘图提供专用设置项。

ODB++ - 为每个 µVia 钻孔层对创建单独的钻孔制造文件。

通孔过孔的背钻

Main page: 控深钻孔或背钻

背钻也称为控深钻孔(CDD),是一种用于去除印制电路板通孔中未使用的铜孔壁部分(即残桩)的技术。当高速信号通过铜孔壁在 PCB 层间传输时,可能会发生失真。如果信号层的使用方式导致残桩存在,且残桩较长,则这种失真可能会变得十分明显。

可以在制造完成后,使用稍大一些的钻头对这些孔再次钻孔,以去除残桩。背钻至受控深度,接近但不触及过孔所使用的最后一层。考虑到制造和材料的差异,工艺良好的制造商能够通过背钻将残桩控制在 7 mil;理想情况下,剩余残桩应小于 10 mil。

使用较大直径的钻头重新钻孔至指定深度,可以去除过孔铜孔壁中未使用的部分,从而改善该信号路径的完整性。  
使用较大直径的钻头重新钻孔至指定深度,可以去除过孔铜孔壁中未使用的部分,从而改善该信号路径的完整性。

在 Layer Stack Manager's Tools 菜单中启用背钻,然后在 Layer Stack Manager 的 Back Drills 选项卡中进行配置。

在印刷电路板设计中,过孔残桩是指超出该信号布线所用信号层的那段铜孔壁。这段未使用的铜孔壁构成残桩(一段短小且未端接的信号路径),当信号高速切换时会产生反射。通过二次钻孔,将铜孔壁钻除至精确深度,即可去除这些残桩,如上图所示。

► 了解更多关于背钻的信息

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