一。 过孔的基本概念

过孔是重要的组成部分之一 多层板，而钻孔成本通常占PCB制造成本的30%至40%。 简单地说，PCB 上的每个孔都可以称为过孔。

从功能上看，过孔可以分为两类：一类用于层间的电连接； 另一个用于固定或定位装置。

从工艺上来说，这些过孔一般分为三类，即盲孔、埋孔和通孔。 盲孔位于印刷电路板的上下表面，具有一定的深度。 它们用于连接表面线和底层内线。 孔的深度通常不超过一定比例（孔径）。 埋孔是指位于印制电路板内层的连接孔，不延伸到电路板表面。 上述两种孔位于电路板的内层，在层压前通过通孔形成工艺完成，在过孔的形成过程中可以有多个内层重叠。 第三种称为通孔，贯穿整个电路板，可用于内部互连或作为元件安装定位孔。 因为通孔在制程中更容易实现，成本也更低，所以大多数印刷电路板都用它来代替另外两种过孔。 以下通孔，除非另有说明，均视为通孔。

从设计的角度来看，过孔主要由两部分组成，一是中间的钻孔，二是钻孔周围的焊盘区域。 这两部分的大小决定了过孔的大小。 显然，在高速、高密度PCB设计中，设计人员总是希望过孔越小越好，这样可以在板上留下更多的布线空间。 另外，过孔越小，其自身的寄生电容越小。 越小越适合高速电路。 但是，孔尺寸的减小也带来了成本的增加，过孔的尺寸不能无限缩小。 受钻孔、电镀等工艺技术限制：孔越小，钻孔越长，越容易偏离中心位置； 当孔深超过钻孔直径的6倍时，不能保证孔壁能均匀镀铜。 比如普通的6层PCB板的厚度（通孔深度）在50Mil左右，所以PCB厂商能提供的最小钻孔直径只能达到8Mil。

二、过孔的寄生电容

通孔本身具有接地寄生电容。 如果已知过孔接地层隔离孔的直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基的介电常数为ε，过孔寄生电容的大小约为： C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔寄生电容会导致电路延长信号上升时间，降低电路速度。 例如，对于厚度为50Mil的PCB，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，并且焊盘与接地铜面积的距离为32Mil，那么我们可以近似为过孔使用上式寄生电容大致为：C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化为：T10-90=2.2C(Z0 /2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps。 从这些数值可以看出，虽然单个过孔的寄生电容引起的上升延迟的影响并不明显，但是如果在走线中多次使用过孔来进行层间切换，设计者还是应该考虑小心。

三、过孔的寄生电感

类似地，存在寄生电感以及通孔的寄生电容。 在高速数字电路设计中，过孔寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。 它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，削弱整个电力系统的滤波效果。 我们可以用以下公式简单地计算出过孔的近似寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中 L 是指过孔的电感，h 是过孔的长度，d是中心孔的直径。 从公式可以看出，过孔的直径对电感的影响很小，过孔的长度对电感的影响最大。 仍然使用上面的例子，过孔的电感可以计算为：L=5.08×0.050 [ln(4×0.050/0.010)+1]=1.015nH。 如果信号的上升时间为1ns，则其等效阻抗为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。 当高频电流通过时，这种阻抗不能再被忽略。 需要特别注意的是，在连接电源平面和地平面时，旁路电容需要经过两个过孔，这样过孔的寄生电感会呈指数增长。

四、高速PCB中的过孔设计

通过以上对过孔寄生特性的分析，我们可以看出，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往会给电路设计带来很大的负面影响。 为了减少过孔寄生效应带来的不利影响，在设计中可以做到以下几点：

1、从成本和信号质量的角度，选择合理尺寸的过孔。 例如，对于6-10层内存模块PCB设计，最好使用10/20Mil（drilled/pad）过孔。 对于一些高密度的小尺寸板子，也可以尝试使用8/18Mil。 洞。 在目前的技术条件下，很难使用更小的过孔。 对于电源或接地过孔，可以考虑使用更大的尺寸来降低阻抗。

2、上面讨论的两个公式可以得出结论，使用更薄的PCB有利于降低过孔的两个寄生参数。

3、尽量不要改变PCB板上信号走线的层数，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

4. 电源和地引脚应在附近钻孔，过孔和引脚之间的引线应尽可能短，因为它们会增加电感。 同时，电源和地线应尽可能粗以减少阻抗。

5. 在信号层过孔附近放置一些接地过孔，为信号提供最近的环路。 甚至可以在 PCB 板上放置大量冗余接地过孔。 当然，设计需要灵活。 前面讨论的过孔模型是每层都有焊盘的情况。 有时，我们可以减少甚至去除某些层的焊盘。 特别是当过孔的密度非常高时，可能会导致在铜层中形成分隔环路的断槽。 为了解决这个问题，除了移动过孔的位置之外，我们还可以考虑将过孔放在铜层上。 焊盘尺寸减小。