PCB設(shè)計中，如何使用規(guī)則高效管理過孔

本文要點

PCB 設(shè)計中可以使用多少不同的過孔？

在設(shè)計中使用大量過孔將導(dǎo)致的組織問題。

如何使用Allegro的規(guī)則管理系統(tǒng)管理過孔使用。

羅列任務(wù)清單的方式有時對工作非常有幫助，同樣地，PCB CAD 系統(tǒng)的創(chuàng)建者也認識到了這一方法的有效性，從而創(chuàng)造了實用的工具來整理電路板設(shè)計中的不同數(shù)據(jù)對象。

曾幾何時，PCB 版圖只需要極少的形狀和尺寸來放置走線、焊盤和過孔設(shè)計對象。不僅是當(dāng)時的設(shè)計不需要很多尺寸和形狀，而且早期用于制造電路板的底片繪圖儀也沒有能力創(chuàng)建更多尺寸和形狀。不過，隨著 PCB 設(shè)計變得越來越復(fù)雜，激光繪圖儀取代了傳統(tǒng)的矢量繪圖儀，如今設(shè)計對象的尺寸和形狀的數(shù)量以及多樣性出現(xiàn)了成倍增長。

相應(yīng)的，對于當(dāng)今復(fù)雜的 PCB 版圖，設(shè)計師可以使用規(guī)則來管理過孔，從而規(guī)整在設(shè)計中使用的對象數(shù)量。就像使用任務(wù)清單一樣，這些規(guī)則系統(tǒng)可以讓過孔保持整齊有序，并將其分配到各自所屬的網(wǎng)絡(luò)中。本文將了解規(guī)則系統(tǒng)可以解決哪些問題，以及如何有效使用這些工具來規(guī)整PCB設(shè)計。

對于 PCB 設(shè)計來說，最多可以使用多少種不同的過孔類型和尺寸？

高速印刷電路板設(shè)計中的過孔

正如前文所述，以前，PCB 設(shè)計中可使用的過孔數(shù)量是有限制的。設(shè)計師不僅要根據(jù)底片繪圖儀上的可用孔徑來確定其走線寬度、焊盤形狀和過孔尺寸，而且設(shè)計工具也往往不支持許多不同的尺寸和形狀。

然而，隨著目前用于 PCB 制造的 CAD 工具和成像工藝不斷發(fā)展，這些限制已經(jīng)不再適用。根據(jù)特定 PCB 設(shè)計的需要，設(shè)計師可以使用許多種不同的過孔類型和形狀，沒有上限。這些過孔類型和形狀包括：

過孔類型

1. 通孔是最常見的，也是最容易制作的。不過，它們確實有最小尺寸限制，在高密度設(shè)計中也會占用很多空間。

2. 盲孔和埋孔要么從外層開始，只部分穿過板層堆疊（盲孔）；要么只在內(nèi)層之間穿過（埋孔）。與標(biāo)準(zhǔn)過孔相比，制作這些過孔需要更多的工藝步驟。但由于信號完整性的原因，加之可以在其上方和/或下方開辟額外的布線通道，這些過孔的長度較短，在設(shè)計中更為理想。

3. 微型過孔也被稱為激光鉆孔，只跨越兩層；是密集的小間距高引腳數(shù)元器件的理想布線方式。

過孔尺寸

過孔的尺寸差距很大，具體取決于所需孔的大小。標(biāo)準(zhǔn)鉆頭通常不能鉆出小于 0.15mm 的孔，比這更小的孔是必須用激光才能鉆出的微孔。

過孔鉆頭的尺寸取決于鉆頭與電路板厚度的長寬比，較厚的電路板需要較大的過孔以防止鉆頭斷裂。通常，PCB 上允許的最小過孔尺寸將用于信號布線，而較大的過孔尺寸將用于高電流網(wǎng)，如電源和接地連接。

過孔用途

過孔有許多不同的用途，根據(jù)具體的用途，過孔的類型和尺寸也隨之變化。例如，小通孔通常用于電路板上的布線，而大尺寸的通孔則可能用于電源和地線的連接，或者將接地平面拼接成網(wǎng)格狀的圖案。

尺寸更大的過孔可用于在運行溫度過高的元器件下方進行散熱，從而幫助電路板散熱。也可以將通孔或盲孔標(biāo)記為 PCB 測試點，有些設(shè)計甚至可以將標(biāo)記為測試點的過孔形狀從圓形改為方形。

綜上，PCB 設(shè)計中可能會使用很多不同尺寸和形狀的過孔。那么問題是，在設(shè)計中管理這么多過孔可能會造成一片混亂。

PCB 版圖中過孔的組織問題

使用 PCB 設(shè)計工具的過孔列表功能，將多個過孔分配給一個網(wǎng)絡(luò)

上圖顯示的是 CAD 系統(tǒng)中一個網(wǎng)絡(luò)中可使用的過孔列表，而其余的網(wǎng)絡(luò)可能在使用完全不同的過孔。此外，在 PCB 設(shè)計中，還有許多其他智能設(shè)計對象必須與過孔一起管理，這進一步增加了設(shè)計的復(fù)雜程度。而走線寬度、布線拓撲結(jié)構(gòu)和間距要求只是其中的幾項，設(shè)計師必須根據(jù)對版圖最有利的方式仔細設(shè)置使用規(guī)則。

除此之外，為了使電路板達到預(yù)期性能，通常必須要符合一些與特定網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的要求，這進一步增加了設(shè)計的復(fù)雜性。例如，一些高速網(wǎng)絡(luò)可能被限制在某些層，意味著這些網(wǎng)絡(luò)需要一個特定的盲孔或埋孔，來確保它們位于所需的層。

雖然設(shè)計師也能在腦海中跟蹤這些限制，并為網(wǎng)絡(luò)使用合適的過孔，但當(dāng)設(shè)計中有數(shù)百條這樣的規(guī)則需要管理時，僅憑大腦記憶是遠遠不夠的。諸如此類的情況是導(dǎo)致設(shè)計失誤的主要原因，這些錯誤會造成電路板在運行過程中性能不良或徹底報廢。因此，設(shè)計師需要設(shè)計工具中具有實用程序，來管理電路板上的大量過孔及其網(wǎng)絡(luò)分配。

使用規(guī)則管理PCB過孔設(shè)計

使用規(guī)則管理系統(tǒng)將過孔分配給 PCB 版圖中的各個網(wǎng)絡(luò)

在 PCB 版圖中管理過孔和其他智能設(shè)計數(shù)據(jù)的最佳應(yīng)用之一是設(shè)計規(guī)則管理系統(tǒng)。上圖是 Cadence PCB 設(shè)計工具中的規(guī)則管理器。該系統(tǒng)具有高級的電子表格式用戶界面，可以方便地輸入并編輯電子表格單元中的數(shù)據(jù)。通過電子表格中的各種菜單，無需打字輸入，就可以從列表中快速挑選特定的項目，如過孔或網(wǎng)絡(luò)名稱。

利用這種規(guī)則管理系統(tǒng)可以輕松創(chuàng)建項目的規(guī)則，如單個網(wǎng)路的走線寬度和間隙。還可以用網(wǎng)絡(luò)分類功能將不同的網(wǎng)絡(luò)組合成群組，然后為這些類別分配規(guī)則。除了布線，規(guī)則管理系統(tǒng)還可以設(shè)置電氣、器件和可制造性設(shè)計 (DFM) 規(guī)則，以檢測有可能影響電路板可制造性的問題。

這種電子表格式的規(guī)則系統(tǒng)有助于整理和設(shè)計版圖，以便確保將電路板送去制造和組裝之前，版圖中不存在任何問題。下面仔細了解一下如何在此類規(guī)則管理系統(tǒng)中使用過孔。

設(shè)計工具示例：過孔規(guī)則管理系統(tǒng)

在 Allegro Constraint Manager 中為 PCB 設(shè)計設(shè)置過孔

以Cadence Allegro? PCB Editor 工具為例，使用 Constraint Manager 的操作非常簡單直接，甚至可以在版圖或原理圖中執(zhí)行。如上圖所示，不同的過孔已經(jīng)被添加到規(guī)則管理器中顯示的網(wǎng)絡(luò)上。

我們可以選擇單個網(wǎng)絡(luò)來添加過孔，也可以在管理器中一次選擇多個網(wǎng)絡(luò)來為所有網(wǎng)絡(luò)添加相同的過孔。這些過孔可以從設(shè)計中可用的過孔列表中獲取，而過孔列表既可以由設(shè)計師創(chuàng)建，也可以從庫中導(dǎo)入。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)則中設(shè)置好過孔后，設(shè)計師就可以進行布線，并且能確認已為電路板的每個網(wǎng)絡(luò)使用正確的過孔。

文章來源：Cadence楷登PCB及封裝資源中心

審核編輯 黃宇