盘中孔 PCB 是指在 PCB 板上的过孔位于焊盘中间的一种特殊设计。它主要应用于高密度电子设备中,可提高信号传输的稳定性和空间利用率。其技术价值在于优化电路布局,提升电子设备性能。
一、盘中孔 PCB 是什么?
行业定义:盘中孔 PCB 是一种特殊的印刷电路板,其过孔位于焊盘的中心位置。
核心功能:有效减少信号传输延迟,提高信号完整性,同时有利于节省 PCB 空间,实现高密度布线。
基本原理:通过在焊盘中间精确加工过孔,使信号能够更直接地在不同层之间传输。
技术特点:具有高精度的钻孔工艺要求,对焊盘的设计和制造有特殊标准,能适应复杂的电路布局需求。
典型应用:常用于智能手机、平板电脑等小型便携式电子设备,以及对空间和信号要求较高的高端电子产品中。
二、为什么需要盘中孔 PCB?
应用变化:随着电子产品不断向小型化、高性能化发展,对 PCB 的空间利用和信号传输质量提出了更高要求。
产生新的技术挑战:传统的过孔设计在高密度布线时可能导致信号干扰和传输延迟增加,无法满足现代电子设备的性能需求。
PCB 面临什么问题:普通过孔会占用较多焊盘周边空间,限制了布线密度,且信号传输过程中容易出现损耗和失真。
需要什么技术解决:盘中孔技术通过将过孔置于焊盘中间,减少了过孔对周边空间的占用,同时优化了信号传输路径,降低了信号损耗和失真。
三、核心技术解析
钻孔精度:盘中孔的钻孔精度要求极高,一般要求孔径公差控制在较小范围内,如 ±0.02mm。这是因为精确的孔径能保证信号传输的稳定性,若孔径偏差过大,可能会影响信号的完整性和可靠性。在 PCB 制造过程中,需要采用高精度的钻孔设备和先进的钻孔工艺,如激光钻孔技术,以确保钻孔的精度和质量。
焊盘设计:焊盘的设计要考虑到盘中孔的存在,需要合理调整焊盘的尺寸和形状,以保证焊接的可靠性。例如,焊盘的尺寸需要适当增大,以提供足够的焊接面积。同时,焊盘的形状也需要优化,以减少焊接缺陷的产生。在设计过程中,要充分考虑到焊接工艺的要求,确保焊盘与过孔之间的连接良好。
信号完整性:盘中孔的设计对信号完整性有重要影响。过孔的存在会引入一定的寄生参数,如寄生电容和寄生电感,这些参数会影响信号的传输特性。为了减少寄生参数的影响,需要对过孔进行合理的设计和优化,如采用合适的过孔尺寸、添加过孔的回流路径等。同时,在 PCB 的布线过程中,要注意过孔的分布和排列,避免信号之间的串扰。
四、典型应用场景
智能手机:智能手机内部空间紧凑,需要高密度的 PCB 设计。盘中孔 PCB 可以在有限的空间内实现更多的电路连接,提高手机的性能和可靠性。对 PCB 材料要求具有良好的电气性能和机械性能,以适应手机的工作环境。在结构上,需要满足手机的轻薄化要求,同时保证信号的稳定传输。对于信号方面,要能够支持高速的数据传输,如 4G、5G 信号等;在散热方面,要考虑到手机在使用过程中产生的热量,通过合理的 PCB 设计帮助散热。
平板电脑:平板电脑的功能越来越强大,对 PCB 的性能要求也越来越高。盘中孔 PCB 可以满足平板电脑对信号传输速度和稳定性的要求,同时有助于实现平板电脑的轻薄化设计。其对材料的要求与智能手机类似,但可能对 PCB 的尺寸和形状有特殊要求。在结构上,要适应平板电脑的屏幕尺寸和内部布局。在信号方面,要支持多种接口和协议,如 USB、HDMI 等;在散热方面,要确保平板电脑在长时间使用过程中不会因过热而影响性能。
五、如何选择盘中孔 PCB?
材料体系:
FR-4:是一种常见的 PCB 材料,具有较好的性价比,适用于一般的电子设备。如果对成本较为敏感,且对性能要求不是特别高,可以选择 FR-4 材料的盘中孔 PCB。
高 TG:高 TG 材料具有较高的玻璃化转变温度,能在较高温度下保持良好的性能,适用于对可靠性要求较高的应用,如汽车电子等。
M6/M7:这些材料通常具有更好的电气性能和机械性能,适用于高端电子产品,如智能手机、平板电脑等对性能要求较高的设备。
PTFE:聚四氟乙烯材料具有极低的介电常数和损耗角正切,适用于高频高速信号传输的应用,如 5G 通信设备等。
制造能力:
高多层:如果电路设计较为复杂,需要较多的电路层来实现功能,那么选择具有高多层制造能力的厂家很重要。高多层 PCB 可以更好地实现信号的分层传输和隔离,提高信号完整性。
HDI:HDI(高密度互连)技术可以实现更高的布线密度,对于需要在有限空间内实现复杂电路连接的应用非常关键。
精细线路:精细线路能力可以实现更小的线宽和线距,有助于提高 PCB 的空间利用率和信号传输性能。
激光微孔:激光微孔技术可以加工出更小的过孔,满足盘中孔 PCB 的高精度要求。
阻抗控制:准确的阻抗控制对于信号传输的稳定性至关重要,选择具有良好阻抗控制能力的厂家可以确保信号在 PCB 上的传输质量。
背钻:背钻工艺可以去除过孔底部的 Stub,减少信号反射和损耗,提高信号完整性,对于高速信号传输的盘中孔 PCB 尤为重要。
品质能力:
DFM(可制造性设计):厂家应具备良好的 DFM 能力,能够在设计阶段就对 PCB 的可制造性进行评估和优化,减少生产过程中的问题和不良率。
AOI(自动光学检测):通过 AOI 设备可以对 PCB 的外观进行检测,及时发现表面的缺陷,如短路、开路、焊盘不良等。
飞针测试:飞针测试可以对 PCB 的电气性能进行全面测试,确保每个电路连接的正确性。
电测:电测可以检测 PCB 的电气参数,如阻抗、电容、电感等,保证 PCB 的性能符合要求。
四线低阻:对于一些对电阻要求较高的电路,四线低阻测试可以更准确地测量电阻值,确保电路的性能。
3D AOI:3D AOI 可以对 PCB 的立体结构进行检测,发现一些传统 2D 检测无法发现的问题,如元件的高度、倾斜等。
3D X-Ray:3D X-Ray 可以检测 PCB 内部的结构,如过孔的质量、焊点的可靠性等,对于保证 PCB 的质量非常重要。
交付能力:
PCB 打样:快速的打样能力可以缩短产品的研发周期,对于新产品的开发非常重要。
研发样板:厂家应能够提供高质量的研发样板,满足研发阶段的需求。
小批量试产:小批量试产可以在大规模生产前对产品进行验证和优化,确保产品的质量和性能。
批量制造:具备大规模批量制造的能力,能够保证产品的按时交付和质量稳定。
一站式制造能力:
PCB:选择能够提供高质量 PCB 制造的厂家,确保 PCB 的质量和性能符合要求。
BOM 配单:厂家如果能够提供 BOM 配单服务,可以为用户节省时间和精力,提高生产效率。
SMT 贴片:具备 SMT 贴片能力可以实现 PCB 与元器件的组装,完成 PCBA 的制造。
DIP:对于一些需要插件的元器件,DIP 工艺可以确保其正确安装。
PCBA 加工:一站式的 PCBA 加工服务可以提供从 PCB 制造到元器件组装的完整解决方案。
检测:在 PCBA 加工完成后,进行全面的检测可以确保产品的质量,如外观检测、电气性能检测等。
六、聚多邦相关制造能力
聚多邦可提供 1 - 40 层 PCB 制造服务,具备 1 - 5 阶 HDI 能力,拥有 3/3mil 精细线路加工能力和 0.075mm 激光微孔加工技术,能够满足盘中孔 PCB 的高精度制造要求。同时,聚多邦在阻抗控制方面精度可达 ±8%,可确保信号传输的稳定性。