AD学习笔记（26）——钻孔的组成元素

在 Altium Designer（AD）中，过孔（Via）是 PCB 设计中连接不同层的关键元素，其组成结构包含以下核心部分：

1. 物理结构组成

① 钻孔（Drill Hole）

• 定义：过孔的中心通孔，用于金属化填充。
• 参数：
  • 孔径（Drill Size）：通常为 8-20mil（0.2-0.5mm），需根据走线电流和工艺能力调整。
  • 钻孔公差：默认 ±2mil（0.05mm），高精度设计需指定更严格公差。

② 铜镀层（Plated Layer）

• 定义：钻孔内壁沉积的铜层，实现层间电气连接。
• 参数：
  • 铜厚：常规 18-35μm（0.5-1oz），高频或大电流场景需加厚（如 2oz）。
  • 镀铜质量：需满足 IPC-2221 标准，确保镀层连续性和抗热冲击性。

③ 焊盘（Pad）

• 定义：覆盖在钻孔周围的铜环，提供焊接和电气连接区域。

• 参数：

  • 外径（Pad Size）：通常为孔径的 2 倍以上（如 12mil 孔径对应 24mil 焊盘）。
  • 环形圈（Annular Ring）：焊盘外径与孔径的差值，最小值 ≥4mil（IPC 标准）。

④ 阻焊层（Soldermask）

• 定义：覆盖焊盘的绿油层，防止焊接时桥连。（可以将其隐藏）
  

• 参数：

  • 开窗（Solder Mask Expansion）：默认比焊盘大 4-6mil，确保焊盘完全暴露。

⑤ 助焊层（Paste Mask）

• 定义：仅用于表面贴装过孔（如盘中孔设计），控制锡膏印刷区域。
• 参数：
  • 尺寸：通常与焊盘一致或略小（0-2mil 收缩）。

2. 电气特性参数

① 寄生参数

• 寄生电容：过孔焊盘与相邻层之间的电容。（计算公式查）
• 寄生电感：影响高频信号，通常为 0.5-1nH，需通过减小过孔长度（如使用盲埋孔）优化。

② 阻抗控制

• 过孔阻抗：高频设计中需匹配走线阻抗（如 50Ω），通过减小焊盘直径、增加反焊盘（Thermal Relief）宽度实现。

3. AD 中的特殊过孔类型

① 盲孔（Blind Via）

• 结构：从表层连接到内层（如 Top→Layer2），需特殊工艺（如激光钻孔）。
• 参数：
  • 最小孔径：4-6mil
  • 焊盘直径：≥12mil

② 埋孔（Buried Via）

• 结构：仅在内层间连接（如 Layer2→Layer3），需多层压合工艺。
• 应用：高密度设计（如 BGA 扇出），减少表层过孔数量。

③ 微孔（Microvia）

• 结构：孔径 ≤6mil，用于 HDI 板（如手机 PCB）。
• 工艺：激光钻孔，可堆叠（Stacked）或错列（Staggered）排列。

4. 热焊盘与反焊盘

① 热焊盘（Thermal Pad）

• 定义：连接电源/地层时的十字形连接，减少焊接时散热过快。
• 参数：
  • 桥宽：≥6mil
  • 间隙：≥4mil

② 反焊盘（Anti-Pad）

• 定义：在电源/地层中与过孔焊盘隔离的区域，防止短路。
• 参数：
  • 直径 = 焊盘直径 + 2×间隙（通常间隙为 10-15mil）。
    过孔网路与周围网络一致时呈现十字连接的形状，不一致时呈现阻隔形状
    

5. AD 中过孔的设置路径

在 AD 中创建或编辑过孔时，可通过以下路径配置参数：

1. 放置过孔：快捷键 P→V，或从工具栏选择。
2. 属性编辑：双击过孔，在弹出的 Via Properties 对话框中设置：
   • Designator：过孔编号（如 V1）。
   • Location：坐标位置。
   • Size and Shape：焊盘尺寸、孔径、形状（圆形/方形）。
   • Layers：设置起始层和终止层。
   • Net：分配网络（如 GND、VCC）。

6. 设计注意事项

1. 电流容量：根据公式 (I = k \times T^0.44 \times A^0.725) 计算过孔载流量（(k) 为常数，(T) 为温升，(A) 为铜截面积）。
2. 高频信号：高速差分对过孔需成对添加，保持等长。
3. 加工限制：
   • 机械钻孔最小孔径：8mil（0.2mm）。
   • 激光微孔最小孔径：4mil（0.1mm）。
4. 盘中孔（Via-in-Pad）：需添加阻焊塞孔工艺，防止焊锡流入过孔。

总结

AD 中的过孔设计需平衡电气性能、可制造性和成本，关键是根据信号类型（高速/低频）、电流大小和 PCB 层数选择合适的过孔类型及参数，并严格遵循所选 PCB 厂商的工艺规范。