本文要點

　　PCB 設計中可以使用多少不同的過孔？

　　在設計中使用大量過孔將導致的組織問題。

　　如何使用Allegro的規則管理系統管理過孔使用。

　　羅列任務清單的方式有時對工作非常有幫助，同樣地，PCB CAD 系統的創建者也認識到了這一方法的有效性，從而創造了實用的工具來整理電路板設計中的不同數據對象。

　　曾幾何時，PCB 版圖只需要極少的形狀和尺寸來放置走線、焊盤和過孔設計對象。不僅是當時的設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建更多尺寸和形狀。不過，隨著 PCB 設計變得越來越復雜，激光繪圖儀取代了傳統的矢量繪圖儀，如今設計對象的尺寸和形狀的數量以及多樣性出現了成倍增長。

　　相應的，對于當今復雜的 PCB 版圖，設計師可以使用規則來管理過孔，從而規整在設計中使用的對象數量。就像使用任務清單一樣，這些規則系統可以讓過孔保持整齊有序，并將其分配到各自所屬的網絡中。本文將了解規則系統可以解決哪些問題，以及如何有效使用這些工具來規整PCB設計。

　　對于 PCB 設計來說，最多可以使用多少種不同的過孔類型和尺寸？

　　正如前文所述，以前，PCB 設計中可使用的過孔數量是有限制的。設計師不僅要根據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展，這些限制已經不再適用。根據特定 PCB 設計的需要，設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

　　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，在高密度設計中也會占用很多空間。

　　盲孔和埋孔要么從外層開始，只部分穿過板層堆疊（盲孔）；要么只在內層之間穿過（埋孔）。與標準過孔相比，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，在設計中更為理想。

　　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。標準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，如電源和接地連接。

　　過孔用途

　　過孔有許多不同的用途，根據具體的用途，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記為 PCB 測試點，有些設計甚至可以將標記為測試點的過孔形狀從圓形改為方形。

　　綜上，PCB 設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 設計工具的過孔列表功能，將多個過孔分配給一個網絡。

　　上圖顯示的是 CAD 系統中一個網絡中可使用的過孔列表，而其余的網絡可能在使用完全不同的過孔。此外，在 PCB 設計中，還有許多其他智能設計對象必須與過孔一起管理，這進一步增加了設計的復雜程度。而走線寬度、布線拓撲結構和間距要求只是其中的幾項，設計師必須根據對版圖最有利的方式仔細設置使用規則。

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

　　雖然設計師也能在腦海中跟蹤這些限制，并為網絡使用合適的過孔，但當設計中有數百條這樣的規則需要管理時，僅憑大腦記憶是遠遠不夠的。諸如此類的情況是導致設計失誤的主要原因，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，設計師需要設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絡分配。

　　使用規則管理PCB過孔設計

　　使用規則管理系統將過孔分配給 PCB 版圖中的各個網絡。

　　在 PCB 版圖中管理過孔和其他智能設計數據的最佳應用之一是設計規則管理系統。上圖是 Cadence PCB 設計工具中的規則管理器。該系統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據。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，如過孔或網絡名稱。

　　利用這種規則管理系統可以輕松創建項目的規則，如單個網路的走線寬度和間隙。還可以用網絡分類功能將不同的網絡組合成群組，然后為這些類別分配規則。除了布線，規則管理系統還可以設置電氣、器件和可制造性設計 （DFM） 規則，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則系統有助于整理和設計版圖，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則管理系統中使用過孔。

　　設計工具示例：過孔規則管理系統

　　在 Allegro Constraint Manager 中為 PCB 設計設置過孔。

　　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行。如上圖所示，不同的過孔已經被添加到規則管理器中顯示的網絡上。

　　我們可以選擇單個網絡來添加過孔，也可以在管理器中一次選擇多個網絡來為所有網絡添加相同的過孔。這些過孔可以從設計中可用的過孔列表中獲取，而過孔列表既可以由設計師創建，也可以從庫中導入。在網絡規則中設置好過孔后，設計師就可以進行布線，并且能確認已為電路板的每個網絡使用正確的過孔。