焊盘内过孔与传统过孔：哪个适合您的PCB？

在设计印刷电路板 （PCB） 时，您将面临的关键决策之一是为您的布局选择正确类型的过孔。过孔对于连接 PCB 的不同层至关重要，但并非所有过孔都是一样的。那么，焊盘内过孔和传统过孔有什么区别，您应该使用哪一种呢？简而言之，焊盘中孔非常适合空间有限的高密度设计，尤其是细间距元件，而传统过孔（例如通孔过孔）更适合更简单、不太紧凑的电路板，其中成本和易于制造是优先考虑的。本博客将深入探讨焊盘内通孔与通孔通孔、焊盘内通孔与微孔以及焊盘内通孔与盲孔的比较，同时探讨何时在PCB设计中使用焊盘内通孔。

什么是过孔以及为什么它们在 PCB 设计中很重要？

过孔是允许 PCB 不同层之间进行电气连接的小导电路径。如果没有过孔，多层板将无法发挥作用，因为信号和电源无法在层之间传输。您选择的过孔类型会影响电路板的性能、可制造性和成本。无论您是在高速数字电路还是紧凑型物联网设备上工作，了解每种过孔类型的优点和局限性对于成功设计至关重要。

在这篇文章中，我们将探讨焊盘内过孔技术并将其与传统过孔类型进行比较，帮助您为下一个项目做出明智的决定。让我们首先分解什么是焊盘内过孔和传统过孔。

什么是焊盘内过孔技术？

焊盘中通孔 （VIP） 是一种设计技术，其中将过孔直接放置在表面贴装元件的焊盘下方或焊盘内。与放置在元件焊盘外部的传统过孔不同，焊盘中的过孔无需额外的布线空间，从而实现更紧凑的布局。为了防止焊料在组装过程中流入过孔，这些过孔通常填充导电或非导电材料，然后电镀以形成平坦的可焊接表面。

该技术在空间非常宝贵的高密度互连 （HDI） 设计中特别有用。通过将过孔直接放置在元件下方，您可以减小电路板尺寸并通过缩短走线长度来提高信号完整性。然而，由于填充和电镀过孔涉及额外的工艺，焊盘中的过孔通常具有更高的制造成本。

什么是传统过孔？

传统过孔是指PCB设计中使用的更常规类型的过孔，包括通孔过孔、盲孔和埋入过孔。这些过孔通常远离元件焊盘，需要额外的空间来布线。以下是传统过孔主要类型的快速概述：

• 通孔通孔：这些过孔穿过整个 PCB，连接顶层和底层以及介于两者之间的任何内层。它们是最常见和最具成本效益的过孔类型，但占用更多空间。

• 盲通孔：这些过孔将外层连接到内层，但不会穿过整个电路板。与通孔过孔相比，它们节省了空间，但制造成本更高。

• 埋藏过路：这些过孔仅连接内层，在 PCB 的外表面上不可见。它们是HDI设计的理想选择，但会增加制造的复杂性和成本。

传统过孔广泛用于空间限制不是主要问题的设计，并且成本效益生产是优先事项。

焊盘内通孔与通孔通孔：主要区别

在比较焊盘内通孔与通孔时，主要区别在于放置和应用。通孔过孔穿过整个 PCB 并放置在元件焊盘外部，通常需要额外的走线才能连接到焊盘。这可能会增加电路板的整体尺寸，并可能由于走线长度较长而引入信号完整性问题。

相比之下，焊盘中过孔将过孔直接放置在元件焊盘下方，从而节省空间并缩短走线长度。例如，在具有间距为 0.5 毫米的细间距 BGA（球栅阵列）组件的设计中，使用焊盘中的过孔可以消除狗骨布线（将焊盘连接到附近过孔的小走线）的需要，否则会使布局变得混乱。然而，通孔过孔的制造更简单、更便宜，因为它们不需要填充或电镀工艺。典型的通孔过孔直径可能为 0.3 毫米至 0.5 毫米，而焊盘内过孔设计通常使用较小的直径（约 0.2 毫米）来安装焊盘区域。

在性能方面，焊盘内过孔可以减少寄生电感并提高信号完整性，特别是在必须最小化信号延迟的高速设计中。例如，较短的连接路径可以将信号传播延迟减少几皮秒，这对于以 1 GHz 以上速度运行的 DDR 内存接口等应用至关重要。

焊盘内过孔与微孔：了解区别

现在，让我们看看焊盘内通孔与微孔。微孔是一种小过孔，直径通常小于 0.15 毫米，通常使用激光钻孔。微孔通常用于HDI设计中连接相邻层，它们可以是盲孔（将外层连接到内层）或埋入式（仅连接内层）。虽然焊盘中的过孔可以使用微孔，但并非所有微孔都放置在焊盘中。

主要区别在于，焊盘中的过孔是指将过孔放置在元件焊盘下方，而微孔是指过孔的尺寸和制造方法。例如，直径为 0.1 毫米、纵横比（深度与直径）为 1：1 的微孔可用于焊盘内通孔设计，以将表层连接到 0.4 毫米间距组件下的内层。然而，微孔也可以放置在狭窄布线区域的焊盘外部，使其适用于 HDI 板。

焊盘上过孔和微孔都适合紧凑型设计，但焊盘上过孔通常涉及填充和电镀等额外步骤，与标准微孔相比，这会增加成本。如果您的设计不需要焊盘下方的直接过孔，则在焊盘外使用微孔仍然可以以更低的成本实现高密度布局。

过孔垫内与盲孔：放置和用途

比较焊盘内过孔与盲孔，区别再次在于位置和用途。盲孔将外层连接到内层，而无需穿过整个电路板。与微孔一样，盲孔通常用于 HDI 设计中，以节省空间并减少层数。然而，盲孔通常放置在元件焊盘外部，除非它们是焊盘中孔设计的一部分。

在焊盘内过孔设置中，盲孔可用于将表面焊盘连接到内层的电源或接地层，从而减少电路板底部的过孔占地面积。例如，在 6 层 PCB 中，盲孔可能仅从第 1 层跨越到第 2 层，深度为 0.2 毫米，从而在下层留出更多布线空间。另一方面，放置在焊盘外部的标准盲通可能具有相同的目的，但需要额外的走线长度，这可能会增加高频设计（例如，高于 5 GHz）中的信号损耗或串扰。

盲孔通常比通孔过孔更昂贵，但如果不需要填充或电镀，则比焊盘内通孔成本低。在这些之间进行选择取决于您的设计是优先考虑组件下的空间还是整体层效率。

何时在 PCB 设计中使用焊盘内过孔

了解何时使用焊盘内通孔对于优化 PCB 设计至关重要。以下是焊盘内过孔技术大放异彩的关键场景：

• 高密度设计：如果您正在使用具有细间距组件的电路板，例如间距低于 0.8 毫米的 BGA 或 QFN，焊盘中孔允许您将焊盘直接放置在焊盘下方，从而节省宝贵的电路板空间并简化布线。

• 有限的表面布线选项：当表面层被元件和走线拥塞时，焊盘中的过孔有助于将连接直接移动到焊盘下方，从而减少对复杂布线模式的需求。

• 提高信号完整性：在高速设计中，较短的走线长度至关重要。焊盘内通孔最大限度地减少了走线长度，减少了电感和电容等寄生效应。例如，在以 10 Gbps 运行的设计中，使用焊盘内通孔可以更轻松地将电感降至 1 nH 以下。

• 热管理：焊盘内通孔还可以通过将导热垫直接连接到内部铜平面来帮助散热。填充导电材料的过孔可以更有效地传递热量，将组件温度保持在安全范围内（例如，大多数 IC 低于 85°C）。

然而，焊盘内通孔并不总是最佳选择。如果您的设计有足够的空间并且不涉及细间距元件或高速信号，那么通孔或盲孔等传统过孔可能更具成本效益。与标准焊盘工艺相比，焊盘内过孔的额外制造步骤（例如树脂填充和镀铜）可能会使生产成本增加 20-30%。

过孔焊盘技术的优缺点

为了帮助您权衡您的选择，以下是焊盘内过孔的优缺点的细分：

优势：

• 节省 PCB 上的空间，实现更小、更紧凑的设计。

• 减少走线长度，提高高速应用的信号完整性。

• 通过消除外部布线的需求来支持细间距组件。

• 与导电填充材料一起使用时增强散热效果。

弊：

• 由于灌装和电镀等额外工艺导致制造成本更高。

• 如果过孔未正确填充，则会增加组装问题的风险，从而导致焊空隙或连接不良。

• 更复杂的设计规则，需要仔细规划以避免制造缺陷。

传统过孔的优缺点

为了进行比较，以下是传统过孔的优缺点：

优势：

• 降低制造成本，尤其是通孔。

• 更简单的设计和制造过程，降低出错风险。

• 适用于广泛的应用，从简单到中等复杂的设计。

弊：

• 占用更多空间，这在高密度设计中可能是一个问题。

• 较长的走线长度会降低高速电路中的信号完整性。

• 对于细间距元件的灵活性有限，没有额外的布线复杂性。

使用焊盘内过孔的设计技巧

如果您决定在 PCB 设计中使用焊盘内通孔，请记住以下实用技巧以确保成功：

• 尽早与您的制造商合作：由于涉及专门的工艺，并非所有 PCB 制造商都支持焊盘内过孔技术。与制造商讨论您的设计要求，以确认功能并避免昂贵的重新设计。

• 选择合适的填充材料：根据您的热和电需求决定是使用导电还是非导电填充。导电填充可改善热传递，但可能会在高频设计中引入不必要的电容。

• 优化过孔尺寸：使用较小的过孔直径（例如 0.2 毫米或更小）来安装在元件焊盘内，但要确保它们满足可靠钻孔和电镀的纵横比要求（微孔通常为 1：1）。

• 组装计划：确保过孔正确封盖或电镀，以形成用于焊接的平坦表面。填充不良的过孔会导致焊料芯吸，导致接头薄弱或开路。

为您的 PCB 做出正确的选择

在焊盘内过孔和传统过孔之间进行选择取决于 PCB 设计的具体需求。如果您正在处理高密度布局、细间距组件或高速信号，焊盘内通孔在节省空间和性能方面具有显着优势。然而，对于成本和易于制造更重要的简单设计，通孔或盲孔等传统过孔通常是更好的选择。

通过了解焊盘内通孔、焊盘内通孔、焊盘内通孔、焊盘内通孔与盲孔之间的区别，以及了解何时使用焊盘内通孔，您可以做出明智的决策，平衡性能、成本和可制造性。无论您是设计紧凑型可穿戴设备还是坚固的工业控制器，选择正确的过孔类型都是确保 PCB 满足其性能目标的关键步骤。