阻抗匹配是配置負載輸入阻抗或其信號源輸出阻抗的方式。執行它以實現最大功率傳輸并減少來自負載的信號反射。換句話說，為了適當的阻抗控制，負載阻抗必須等于傳輸線的特征阻抗。當傳輸的信號沒有反射時，表明負載已經吸收了所有的信號。HDI中的阻抗匹配完全是為了避免傳輸故障，尤其是由于電阻和PCB電介質造成的損耗。

微孔可用于為阻抗匹配系統創建便于生產的PCB走線。BGA逃逸布線技術和狗骨扇出結構可用于在HDI中實現阻抗匹配。

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PCB走線何時需要阻抗匹配？

阻抗匹配由信號的陡度和上升/下降時間決定，而不是由頻率決定。如果信號的上升/下降時間（以10%至90%為基準）短于跡線延遲的6倍，則稱為高速信號。在這里，應該進行精確的阻抗匹配。

HDI阻抗匹配的挑戰

在HDI中實現阻抗匹配時，設計人員會遇到以下挑戰：

在高密度互連設計中，組件具有較小的焊盤到焊盤間距，例如BGA。間距小于或等于0.65毫米的BGA使布線和控制其寬度具有挑戰性。在這種情況下，可以使用焊盤內過孔和BGA逃逸布線技術。

帶有盲孔的焊盤中的過孔是一個優勢，因為它們避免了過孔殘端，從而提高了信號完整性。 在需要阻抗控制布線的HDI板中，精心設計的走線和堆疊對于確保阻抗與信號標準一致至關重要。

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為HDI阻抗調整設計走線寬度

走線的阻抗由其距參考平面的寬度和高度決定。在使用細間距BGA的HDI板中，仔細選擇走線寬度和高度以避開焊盤和焊盤中通孔之間的走線。

使用HDI PCB中的BGA逃逸布線進行阻抗控制

在處理高密度互連時使用了幾個BGA組件。為了使走線進出高引腳數球柵陣列的底部，需要一種逃逸布線方案。在某些情況下，需要受控阻抗（例如FPGA和其他高速組件），BGA逃逸布線可能具有挑戰性。

設計電路板時要使用的逃逸布線策略很大程度上取決于BGA間距，它定義了允許放置在焊球之間的走線寬度。走線的細度還取決于制造商的限制、層堆疊和必要的阻抗。選擇逃逸路由方案時，請記住以下準則。

用于中等層數的細間距BGA的逃逸布線技術從頸縮方法開始，因為跡線被布線進出BGA。

外部走線可以直接布線到電路板上的第一排焊盤上。

球柵陣列上第二行焊盤的跡線寬度顯著減小，以便它可以安裝在第一行焊盤之間。

到達其余行的內墊，請穿過內層。通常，每個信號層路由到兩行，同時限制阻抗和HDI串擾。

Dogbone fanout是最流行的BGA逃逸布線和扇出方法。這種扇出技術有助于在更靠近焊盤的焊盤中放置通孔。由于元件不是通過通孔直接焊接到焊盤上，因此不需要進行填充鍍覆。1mm BGA和0.8mm BGA可能適用于狗骨扇出。

當BGA間距小于0.5 mm時，最好采用microvia-in-pad逃逸布線技術。微通孔直接放置在焊盤中，而不是將小跡線布線到焊盤的側面。為了防止焊料芯吸到電路板的背面，微孔填充有導電環氧樹脂并鍍有銅。

用于BGA逃逸布線的微孔

如果焊盤尺寸（包括圓環）對于細間距BGA來說足夠小，則使用微孔進行內層BGA逃逸布線。以下特征將微孔與傳統孔區分開來：

過孔長度：過孔最多只能穿過一層或兩層。如果標準厚度PCB具有非常高的層數，則通孔可以跨越更多層，但這需要額外的制造程序。盡可能使用跨越單層的堆疊盲孔和埋孔。

微孔縱橫比：微孔縱橫比（深度除以直徑）應為0.75:1。讓我們通過考慮32層厚板的示例來理解相同的內容。由于層厚（對于2層磁芯）為2密耳，因此直徑不應小于2.7密耳。

微通孔只能安全地機械鉆孔到8密耳，但是由于頻繁的鉆孔斷裂，8密耳的機械PCB鉆孔費用可以接近激光鉆孔的價格。機械通孔的吞吐量低于激光鉆孔的通孔，因為必須小心地進行機械鉆孔以避免鉆頭斷裂。因此，一旦您開始使用激光鉆孔，您就會看到每塊板的總成本下降。

要在0.8毫米間距BGA上扇出，走線寬度必須為10密耳或更小，微孔必須更小（約6密耳）。對于更細間距的BGA（0.5毫米），使用填充和電鍍的焊盤內微孔通過7mil或8mil走線布線到內層中。這將在相鄰焊盤之間提供足夠的間距。

無論設計風格如何，微孔都可以堆疊或交錯排列，以達到所需的布線密度。通過IPC 6012要求，以確保微孔和周圍環形圈的尺寸具有最佳可靠性。焊盤內微孔在BGA逃逸布線中的相關性可以通過以下事實來理解：BGA間距在某些情況下可以低至0.3毫米。

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如何放置盲孔以進行逃逸布線

內層布線空間的盲孔方法。

盲孔是一種寶貴的HDI設計方法，可以釋放額外的內層布線空間。當在通孔之間使用時，這些類型的過孔使內層的布線空間加倍。它允許額外的走線連接內部BGA行上的引腳。見上圖；在這里，在這個1.0毫米BGA表面上的通孔之間只有兩條走線可以逃逸。但是，現在盲孔下方可以有6條走線，這將布線空間增加了30%。

使用這種方法，需要四分之一的信號層來連接高I/O BGA。盲孔以十字、L形或對角線圖案放置，以形成林蔭大道。電源和接地引腳分配決定了使用哪種配置。

扇出部分長度和走線寬度

在使用高速 IC時，阻抗幾乎總是一個因素。在檢查扇出部分的長度時，扇出布線和阻抗控制之間的關系開始發揮作用。由于過孔的走線長度（如果存在）和寄生電容/電感，BGA扇出部分將具有其阻抗。

首先，檢查信號帶寬以確定信號是否會在走線阻抗上拾取。如果走線長度明顯小于對應于帶寬高端的波長，則可以忽略BGA扇出的走線部分。最好的方法是計算負載阻抗，它是扇出走線長度的函數，以及由扇出走線創建的網絡輸入阻抗（頸縮后）。

對信號波長所需的長度使用10% 的限制作為一個很好的近似值。對拐點頻率為20GHz的數字信號謹慎的10% 限制將導致臨界長度為0.73mm（FR4基板中的帶狀線）。這意味著更大的IC，比如FPGA，需要為單端和差分對提供阻抗匹配的扇出。

過孔電感、電路板和焊盤之間的寄生電容以及IC中的引腳電感至關重要。低通T濾波器電路由這些部分組合而成。3dB截止頻率只是可以從LC諧振電路評估的典型數字，前提是通孔電感設置為等于引腳電感。該T濾波器電路用作阻抗匹配電路，修改驅動器IC的輸出阻抗。

以通孔電感、電路板與焊盤之間的寄生電容以及引腳電感為主要部件的低通T濾波器電路。

如果不確定將扇出跡線連接到內部跡線的過孔部分阻抗，則扇出部分的阻抗匹配是困難的。然而，只要過孔部分很短并且直接跨越幾層，這個事實就可以被忽略。包括通孔和內部走線在內的總輸入阻抗由跨越少量層的內部走線阻抗決定。這就是為什么通常不考慮通孔阻抗的原因。

主要缺點是高速BGA組件（例如FPGA）可能需要回鉆以去除BGA扇出下方的殘留通孔存根。使用HDI時，使用直徑非常小的盲孔、埋孔和激光鉆孔微孔（根據IPC小于6密耳），這消除了背鉆孔并將通孔電感限制在跨越層的厚度。

由于層厚和到走線參考平面的距離會隨著層數的增加而減少，因此必須減小走線寬度以補償并將阻抗保持在適當的值。如果您使用差分對，請考慮走線耦合。為了實現阻抗控制，帶有集成場解算器的PCB設計軟件可以幫助為HDI層堆疊設計正確的走線寬度。

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 為什么走線寬度不能大于焊盤尺寸？

走線的寬度與其阻抗成正比，并且在您進入HDI狀態時起著至關重要的作用。過孔將變得非常小，以至于一旦走線寬度足夠小，就必須將它們制造為微孔。

如果阻抗控制的走線寬度過寬，要么減小PCB層壓板的厚度以縮小它，要么增加焊盤尺寸。從可靠性的角度來看，只要焊盤尺寸超過IPC標準中規定的數字就可以了。

為PCB堆疊創建阻抗曲線，并將該寬度用作設計指南。在計算阻抗控制所需的寬度后，只需將此值指定為設計規則即可。最好針對建議的走線寬度執行串擾模擬，以查看是否會導致過度串擾。

HDI中的阻抗匹配與保持信號質量有關，因為組件和走線都間隔很近。因此，控制阻抗成為一項令人難以置信的任務。有效使用微孔是阻抗匹配HDI系統的關鍵。更細間距BGA的逃逸布線技術和狗骨扇出方法可用于實現HDI中的阻抗匹配。