一 穿孔的基本概念

通孔（VIA）是一個重要的組成部分 多層PCB，而鑽孔的成本通常佔PCB制板成本的30%～40%。 簡單地說，PCB上的每一個孔都可以稱為通孔。 就功能而言，孔可分為兩類：一類用於層與層之間的電連接； 另一個用於設備固定或定位。 從工藝上來說，這些通孔一般分為三類，分別是盲孔、埋孔和通孔。 盲孔位於印刷電路板的頂面和底面，具有一定的深度，用於將表面電路連接到下面的內部電路。 孔的深度通常不超過一定比例（孔徑）。 埋孔是印製電路板內層不延伸到印製電路板表面的連接孔。 這兩種孔位於電路板的內層，是在層壓前通過通孔成型工藝完成的，在形成通孔的過程中可能有幾個內層重疊。 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的安裝和定位孔。 由於通孔在製程中更容易實現，成本較低，所以大多數印刷電路板都使用它，而不是另外兩種通孔。 下列通孔，如無特殊說明，均視為通孔。

PCB通孔基本概念及通孔方法介紹

從設計的角度來看，通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通孔的大小。 很明顯，在高速、高密度PCB的設計中，設計者總是希望孔越小越好，這樣可以留出更多的佈線空間，另外，孔越小，其自身的寄生電容越小，越小。適用於高速電路。 但孔尺寸的減小同時帶來成本的增加，孔的尺寸不能無限制地縮小，它受到鑽孔（鑽孔）和電鍍（電鍍）等技術的限制：孔越小，孔的尺寸越小，鑽孔時間越長，越容易偏離中心位置； 當孔深大於孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁鍍銅均勻。 例如，如果普通6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil，那麼PCB廠商可以提供的最小孔徑為8Mil。 隨著激光鑽孔技術的發展，鑽孔的尺寸也可以越來越小。 一般孔的直徑小於或等於6Mils，我們稱之為微孔。 微孔常用於 HDI（高密度互連結構）設計。 微孔技術讓孔直接打在焊盤上（VIA-in-pad），大大提高了電路性能，節省了佈線空間。

傳輸線上的通孔是阻抗不連續的斷點，會引起信號的反射。 一般通孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低12%左右。 例如50ohm傳輸線通過過孔時阻抗會降低6ohm（具體也與過孔大小和板厚有關，但不是絕對的降低）。 但是，通過孔的阻抗不連續引起的反射實際上很小，其反射係數僅為：（44-50）/（44+50）=0.06。 孔洞引起的問題更多地集中在寄生電容和電感的影響上。

通過孔的寄生電容和電感

寄生雜散電容存在於孔本身中。 若鋪設層上孔的阻焊帶直徑為D2，焊墊直徑為D1，PCB板厚度為T，基板介電常數為ε，則寄生電容為孔大約是 C=1.41εTD1/ (D2-D1)。

寄生電容對電路的主要作用是延長信號上升時間，降低電路速度。 例如，對於一塊50Mil厚度的PCB板，如果通孔焊盤的直徑為20Mil（鑽孔的直徑為10Mil），焊塊的直徑為40Mil，我們可以近似估計寄生電容為通孔由上式： C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF 電容引起的上升時間變化大致如下： T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps 從這些值可以看出，雖然單個直通的寄生電容引起的上升延遲和減速的影響-孔不是很明顯，如果多次使用通孔進行層間切換，就會使用多個通孔。 在你的設計中要小心。 在實際設計中，可以通過增加孔與鋪銅區（反焊盤）的距離或減小焊盤的直徑來減小寄生電容。 在高速數字電路設計中，通孔的寄生電感比寄生電容的危害更大。 其寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，降低整個電源系統的濾波效果。 我們可以使用以下經驗公式簡單地計算通孔近似的寄生電感：L=5.08h [ln (4h/d) +1]

其中 L 是孔的電感，H 是孔的長度，D 是中心孔的直徑。 從方程可以看出，孔的直徑對電感的影響很小，而孔的長度對電感的影響最大。 仍然使用上面的例子，出孔的電感可以計算為：

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh 如果信號上升時間為1ns，則等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19 ω。 在高頻電流存在的情況下，該阻抗不能被忽略。 特別是，旁路電容必須穿過兩個孔，才能將電源層連接到地層，從而使孔的寄生電感加倍。

三、孔的使用方法

通過以上對通孔寄生特性的分析可以看出，在高速PCB設計中，看似簡單的通孔往往給電路設計帶來很大的負面影響。 為了減少孔的寄生效應帶來的不利影響，我們在設計中可以嘗試做到以下幾點：

1. 綜合考慮成本和信號質量，選擇合理的孔尺寸。 如有必要，請考慮使用不同尺寸的孔。 例如，對於電源或地線，考慮使用較大尺寸以降低阻抗，對於信號線，使用較小的孔。 當然，隨著孔尺寸的減小，相應的成本也會增加。

2. 上面討論的兩個公式表明，使用更薄的PCB板有助於減少穿孔的兩個寄生參數。

3、PCB板上的信號走線盡量不要換層，也就是盡量不要使用不必要的孔。

4. 電源和地的引腳應鑽在最近的孔中，孔與引腳之間的引線應盡可能短。 可以考慮並聯多個通孔以降低等效電感。

5. 一些接地孔放置在信號分層孔附近，以便為信號提供最近的環路。 您甚至可以在 PCB 上放置許多額外的接地孔。 當然，您的設計需要靈活。 上面討論的通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中的焊盤。 尤其是在孔密度很大的情況下，可能會導致在銅層形成切斷的電路槽，解決這樣的問題除了移動孔的位置，我們還可以考慮孔在銅層中以減小焊盤的尺寸。

6. 對於密度較高的高速PCB板，可以考慮微孔。