PCB設(shè)計：任意層過孔技術(shù)特點及設(shè)計挑戰(zhàn)

近些年來，為了滿足一些高端消費類電子產(chǎn)品小型化的需要，芯片的集成度越來越高，BGA管腳間距越來越近（小于等于0.4pitch），PCB的布局也越來緊湊，走線密度也越來越大，為了提高設(shè)計的布通率且不影響信號完整性等性能，ANYLAYER（任意階）技術(shù)應(yīng)用而生，這個就是任意過孔技術(shù)(ALIVH-Any Layer IVH Structure Multilayer Printed Wiring Board)。

任意層過孔技術(shù)特點

任意層過孔技術(shù)與HDI技術(shù)的特征比較，ALIVH的 優(yōu)勢就是設(shè)計自由度大大增加，可以在層間隨意打孔，而ＨＤＩ工藝不能做到這點。一般國內(nèi)廠商做到 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也就是HDI的設(shè)計極限為三階ＨＤＩ板，由于HDI不是完全采用激光鉆孔，在內(nèi)層的埋孔采用的是機械孔，所以孔盤的要求比激光孔大很多，而機械孔要占用所經(jīng)過的層面上空間。所以一般來說HDI這種結(jié)構(gòu)比起ALIVH技術(shù)的任意打孔，內(nèi)層核板的孔徑也可用0.2mm的微孔還是有很大差距的。所以ALIVH板的走線空間比HDI大概有很大的提高。同時，ALIVH的成本和加工難度也比HDI工藝要高。如圖三所示，是一個ALIVH的示意圖。

圖三 ALIVH的示意圖

任意層過孔的設(shè)計挑戰(zhàn)

任意層過孔技術(shù)完全顛覆了傳統(tǒng)過孔設(shè)計方法。如果還是需要設(shè)置不同層的過孔，會增加管理難度。需要設(shè)計工具具備智能化打孔的能力，同時能隨意的進行組合和拆分。

Cadence在傳統(tǒng)的基于換線層的布線方式上，增加了基于Working Layer的換線方式，如圖四所示：可以在Working Layer面板中勾選可以進行環(huán)線的層，然后在雙擊打孔的時候，就可以選擇任意層之間進行換線。

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圖四 基于Working Layer的布線方式

ALIVH設(shè)計制板實例：

10層ELIC設(shè)計

OMAP4 Platform

埋阻、埋容和埋入式元器件

對高速訪問互聯(lián)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡(luò)要求手持設(shè)備高集成和小型化。目前靠 的4-N-4的HDI技術(shù)。但為了下一代新技術(shù),實現(xiàn)更高的互連密度，在這個領(lǐng)域，埋入無源甚至于有源的零件進入PCB和基板中可滿足以上要求。當你設(shè)計手機，數(shù)碼相機等消費類電子產(chǎn)品，考慮如何將無源和有源的零件埋入PCB和基板是當前設(shè)計的 選擇。這種方法可能因為你采用不同的供應(yīng)商略有不同。埋入零件的另外一個好處，該技術(shù)提供對知識產(chǎn)權(quán)保護,防止所謂的逆向設(shè)計。Allegro PCB Editor可以提供 的工業(yè)級解決方案。Allegro PCB Editor還可以同HDI板，柔板和埋入式零件更加緊密的合作。你可以得到正確的參數(shù)和約束對完成埋入式零件的設(shè)計。埋入器件的設(shè)計不僅可以簡化后面SMT的工藝，同時對產(chǎn)品表明的整潔度都有很大的提高。

埋阻、埋容設(shè)計

埋阻又稱埋電阻或者薄膜電阻，是將特殊的電阻材料壓合在絕緣基材上，然后通過印刷，蝕刻等工藝，得到所需電阻值，然后與其他PCB板層一起壓合，形成平面電阻層。常見的有PTFE埋電阻多層印制板制造技術(shù)，可以達到所需的電阻 。

埋電容則是利用具有較高電容密度的材料，同時減少層間的距離，來形成一個足夠大的平板間電容，來起到電源供電系統(tǒng)的去耦和濾波作用，從而減少板子上所需的分立電容，并且能達到更好的高頻濾波特性。埋容由于其寄生電感非常小，其諧振頻率點會比普通電容或者低ESL電容效果都好。

由于工藝和技術(shù)的成熟，以及高速設(shè)計對于電源供電系統(tǒng)的需要，埋容的技術(shù)應(yīng)用越來越多，使用埋容技術(shù)，我們首先得計算平板電容的大小 圖六 平板電容計算公式

其中：

C是埋容（平板電容）的電容量

A是平板的面積，大部分設(shè)計在結(jié)構(gòu)確定的情況下，平板間面積很難增大

D_k是平板間介質(zhì)的介電常數(shù)，平板間電容量和介電常數(shù)成正比

K是真空介電常數(shù)（Vacuum permittivity），又稱真空電容率，是一個物理常數(shù)，值為8.854 187 818× 10-12法拉/米(F/m)；

H是平面之間的厚度，平板間電容量和厚度成反比，所以我們想要得到較大的電容量，需要減小層間厚度，3M的C-ply埋容材料可以做到0.56mil的層間介質(zhì)厚度，加上16的介電常數(shù)，大大增加了平板間電容量。

經(jīng)過計算，3M的C-ply埋容材料，在每平方英寸的面積上，能實現(xiàn)6.42nF的平板間電容量。

同時，還需要使用PI仿真工具進行PDN目標阻抗的仿真，從而確定單板的電容設(shè)計方案，避免埋容和分立電容的冗余設(shè)計。圖七是一個埋容設(shè)計的PI仿真結(jié)果，只考慮板間電容的效果，沒有加入分立電容的效應(yīng)。能看到只是增加埋容，整個電源阻抗曲線性能得到很大提升，尤其是500MHZ以上，是板級分立濾波電容很難起作用的頻段，平板電容能有效降低電源阻抗。