一。 過孔的基本概念

過孔是重要的組成部分之一 多層板，而鑽孔成本通常佔PCB製造成本的30%至40%。 簡單地說，PCB 上的每個孔都可以稱為過孔。

從功能上看，過孔可以分為兩類：一類用於層間的電連接； 另一個用於固定或定位裝置。

從工藝上來說，這些過孔一般分為三類，即盲孔、埋孔和通孔。 盲孔位於印刷電路板的上下表面，具有一定的深度。 它們用於連接表麵線和底層內線。 孔的深度通常不超過一定比例（孔徑）。 埋孔是指位於印製電路板內層的連接孔，不延伸到電路板表面。 上述兩種孔位於電路板的內層，在層壓前通過通孔形成工藝完成，在過孔的形成過程中可以有多個內層重疊。 第三種稱為通孔，貫穿整個電路板，可用於內部互連或作為元件安裝定位孔。 因為通孔在製程中更容易實現，成本也更低，所以大多數印刷電路板都用它來代替另外兩種過孔。 以下通孔，除非另有說明，均視為通孔。

從設計的角度來看，過孔主要由兩部分組成，一是中間的鑽孔，二是鑽孔周圍的焊盤區域。 這兩部分的大小決定了過孔的大小。 顯然，在高速、高密度PCB設計中，設計人員總是希望過孔越小越好，這樣可以在板上留下更多的佈線空間。 另外，過孔越小，其自身的寄生電容越小。 越小越適合高速電路。 但是，孔尺寸的減小也帶來了成本的增加，過孔的尺寸不能無限縮小。 受鑽孔、電鍍等工藝技術限制：孔越小，鑽孔越長，越容易偏離中心位置； 當孔深超過鑽孔直徑的6倍時，不能保證孔壁能均勻鍍銅。 比如普通的6層PCB板的厚度（通孔深度）在50Mil左右，所以PCB廠商能提供的最小鑽孔直徑只能達到8Mil。

二、過孔的寄生電容

通孔本身俱有接地寄生電容。 如果已知過孔接地層隔離孔的直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基的介電常數為ε，過孔寄生電容的大小約為： C=1.41εTD1/(D2-D1) 過孔寄生電容會導致電路延長信號上升時間，降低電路速度。 例如，對於厚度為50Mil的PCB，如果使用內徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，並且焊盤與接地銅面積的距離為32Mil，那麼我們可以近似為過孔使用上式寄生電容大致為：C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化為：T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps。 從這些數值可以看出，雖然單個過孔的寄生電容引起的上升延遲的影響並不明顯，但是如果在走線中多次使用過孔來進行層間切換，設計者還是應該考慮小心。

三、過孔的寄生電感

類似地，存在寄生電感以及通孔的寄生電容。 在高速數字電路設計中，過孔寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容的影響。 它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，削弱整個電力系統的濾波效果。 我們可以用以下公式簡單地計算出過孔的近似寄生電感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中 L 是指過孔的電感，h 是過孔的長度，d是中心孔的直徑。 從公式可以看出，過孔的直徑對電感的影響很小，過孔的長度對電感的影響最大。 仍然使用上面的例子，過孔的電感可以計算為：L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH。 如果信號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。 當高頻電流通過時，這種阻抗不能再被忽略。 需要特別注意的是，在連接電源平面和地平面時，旁路電容需要經過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感會呈指數增長。

四、高速PCB中的過孔設計

通過以上對過孔寄生特性的分析，我們可以看出，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。 為了減少過孔寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以做到以下幾點：

1、從成本和信號質量的角度，選擇合理尺寸的過孔。 例如，對於6-10層內存模塊PCB設計，最好使用10/20Mil（drilled/pad）過孔。 對於一些高密度的小尺寸板子，也可以嘗試使用8/18Mil。 洞。 在目前的技術條件下，很難使用更小的過孔。 對於電源或接地過孔，可以考慮使用更大的尺寸來降低阻抗。

2、上面討論的兩個公式可以得出結論，使用更薄的PCB有利於降低過孔的兩個寄生參數。

3、盡量不要改變PCB板上信號走線的層數，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。

4. 電源和地引腳應在附近鑽孔，過孔和引腳之間的引線應盡可能短，因為它們會增加電感。 同時，電源和地線應盡可能粗以減少阻抗。

5. 在信號層過孔附近放置一些接地過孔，為信號提供最近的環路。 甚至可以在 PCB 板上放置大量冗餘接地過孔。 當然，設計需要靈活。 前面討論的過孔模型是每層都有焊盤的情況。 有時，我們可以減少甚至去除某些層的焊盤。 特別是當過孔的密度非常高時，可能會導致在銅層中形成分隔環路的斷槽。 為了解決這個問題，除了移動過孔的位置，我們還可以考慮將過孔放在銅層上。 焊盤尺寸減小。