一个 穿孔的基本概念

通孔（VIA）是一个重要的组成部分 多层PCB，而钻孔的成本通常占PCB制板成本的30%～40%。 简单地说，PCB上的每一个孔都可以称为通孔。 就功能而言，孔可分为两类：一类用于层与层之间的电连接； 另一个用于设备固定或定位。 从工艺上来说，这些通孔一般分为三类，分别是盲孔、埋孔和通孔。 盲孔位于印刷电路板的顶面和底面，具有一定的深度，用于将表面电路连接到下面的内部电路。 孔的深度通常不超过一定比例（孔径）。 埋孔是印制电路板内层中不延伸到印制电路板表面的连接孔。 这两种孔位于电路板的内层，是在层压前通过通孔成型工艺完成的，在形成通孔的过程中可能有几个内层重叠。 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的安装和定位孔。 由于通孔在制程中更容易实现，成本较低，所以大多数印刷电路板都使用它，而不是另外两种通孔。 下列通孔，如无特殊说明，均视为通孔。

PCB通孔基本概念及通孔方法介绍

从设计的角度来看，通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通孔的大小。 显然，在高速、高密度PCB的设计中，设计者总是希望孔越小越好，这样可以留出更多的布线空间，另外，孔越小，其自身的寄生电容越小，越小。适用于高速电路。 但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，孔的尺寸不能无限制地缩小，它受到钻孔（钻孔）和电镀（电镀）等技术的限制：孔越小，孔的尺寸越小，钻孔时间越长，越容易偏离中心位置； 当孔的深度大于孔直径的6倍时，就不能保证孔壁镀铜均匀。 例如，如果普通6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil，那么PCB厂商可以提供的最小孔径为8Mil。 随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小。 一般孔的直径小于等于6Mils，我们称之为微孔。 微孔常用于HDI（高密度互连结构）设计。 微孔技术让孔直接打在焊盘上（VIA-in-pad），大大提高了电路性能，节省了布线空间。

传输线上的通孔是阻抗不连续的断点，会引起信号的反射。 一般通孔的等效阻抗比传输线的等效阻抗低12%左右。 例如50ohm传输线通过过孔时阻抗会降低6ohm（具体也与过孔大小和板厚有关，但不是绝对的降低）。 但是，通过孔的阻抗不连续引起的反射实际上很小，其反射系数仅为：（44-50）/（44+50）=0.06。 孔洞引起的问题更多地集中在寄生电容和电感的影响上。

通过孔的寄生电容和电感

寄生杂散电容存在于孔本身中。 若铺设层上孔的阻焊带直径为D2，焊垫直径为D1，PCB板厚度为T，基板介电常数为ε，则寄生电容为孔大约是 C=1.41εTD1/ (D2-D1)。

寄生电容对电路的主要作用是延长信号上升时间，降低电路速度。 例如，对于一块50Mil厚度的PCB板，如果通孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mil），焊块直径为40Mil，我们可以近似估计寄生电容为通孔由上式： C=1.41×4.4×0.050×0.020/ (0.040-0.020) =0.31pF 电容引起的上升时间变化大致如下： T10-90= 2.2c (Z0/2) =2.2×0.31x (50/2) =17.05ps 从这些值可以看出，虽然单个直通的寄生电容引起的上升延迟和减速的影响-孔不是很明显，如果多次使用通孔进行层间切换，就会使用多个通孔。 在你的设计中要小心。 在实际设计中，可以通过增加孔与铺铜区（反焊盘）的距离或减小焊盘的直径来减小寄生电容。 在高速数字电路设计中，通孔的寄生电感比寄生电容的危害更大。 其寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，降低整个电源系统的滤波效果。 我们可以使用以下经验公式简单地计算通孔近似的寄生电感：L=5.08h [ln (4h/d) +1]

其中 L 是孔的电感，H 是孔的长度，D 是中心孔的直径。 从方程可以看出，孔的直径对电感的影响很小，而孔的长度对电感的影响最大。 仍然使用上面的例子，出孔的电感可以计算为：

L=5.08×0.050 [ln (4×0.050/0.010) +1] = 1.015nh 如果信号上升时间为1ns，则等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19 ω。 在高频电流存在的情况下，该阻抗不能被忽略。 特别是，旁路电容必须穿过两个孔，才能将电源层连接到地层，从而使孔的寄生电感加倍。

三、孔的使用方法

通过以上对通孔寄生特性的分析可以看出，在高速PCB设计中，看似简单的通孔往往给电路设计带来很大的负面影响。 为了减少孔的寄生效应带来的不利影响，我们在设计中可以尝试做到以下几点：

1. 综合考虑成本和信号质量，选择合理的孔尺寸。 如有必要，请考虑使用不同尺寸的孔。 例如，对于电源或地线，考虑使用较大尺寸以降低阻抗，对于信号线，使用较小的孔。 当然，随着孔尺寸的减小，相应的成本也会增加。

2. 上面讨论的两个公式表明，使用更薄的PCB板有助于减少穿孔的两个寄生参数。

3、PCB板上的信号走线尽量不要换层，也就是尽量不要使用不必要的孔。

4. 电源和地的引脚应钻在最近的孔中，孔与引脚之间的引线应尽可能短。 可以考虑并联多个通孔以降低等效电感。

5. 一些接地孔放置在信号分层孔附近，以便为信号提供最近的环路。 您甚至可以在 PCB 上放置许多额外的接地孔。 当然，您的设计需要灵活。 上面讨论的通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中的焊盘。 尤其是在孔密度很大的情况下，可能会导致在铜层形成切断的电路槽，解决这样的问题除了移动孔的位置，我们还可以考虑孔在铜层中以减小焊盘的尺寸。

6. 对于密度较高的高速PCB板，可以考虑微孔。