PCB通孔的基本概念
通孔是多層PCB的重要組成部分。鉆孔成本通常占PCB成本的30％至40％。簡(jiǎn)而言之，PCB上的每個(gè)孔都可以稱為via。從功能的角度來(lái)看，通孔可分為兩類：一類用作層之間的電連接，另一類用于固定或定位設(shè)備。在工藝過(guò)程方面，這些通孔通常分為三類，即盲孔，埋孔和通孔。盲孔位于印刷電路板的頂面和底面上，并具有一定的深度。它們用于下面的表層電路和內(nèi)層電路之間的連接?？椎纳疃韧ǔ２怀^(guò)一定的比率（孔徑）。埋孔是指位于印刷電路板內(nèi)層的連接孔，不會(huì)延伸到電路板的表面。上述兩種類型的孔位于電路板的內(nèi)層中，這是在層壓之前通過(guò)通孔成型工藝完成的，并且在形成通孔期間，多個(gè)內(nèi)層可能會(huì)重疊。第三種稱為通孔。該孔穿透整個(gè)電路板，可用于內(nèi)部互連或用作組件定位孔。由于通孔在技術(shù)上更易于實(shí)現(xiàn)且成本更低，因此大多數(shù)印刷電路板都使用該通孔來(lái)代替其他兩個(gè)通孔。除非另有說(shuō)明，否則以下提到的通孔被視為通孔。
從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，過(guò)孔主要由兩部分組成，一個(gè)是中間的鉆孔，另一個(gè)是鉆孔周圍的焊盤區(qū)域。這兩個(gè)部分的大小決定了通孔的大小。顯然，在高速，高密度的PCB設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員總是希望通孔越小越好，以便在板上留出更多的布線空間。另外，通孔越小，其自身的寄生電容越小，則更適合于高速電路。然而，孔尺寸的減小也帶來(lái)了成本的增加，并且不能無(wú)限制地減小通孔的尺寸。它受到鉆孔和電鍍（電鍍）及其他工藝技術(shù)的限制?？自叫?，孔花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，越容易偏離中心。并且當(dāng)孔的深度超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí)，不能保證孔壁可以均勻地鍍上銅。例如，如果正常的6層PCB的厚度（通孔深度）為50Mil，則在正常條件下，PCB制造商可以提供的最小鉆孔直徑僅為8Mil。隨著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展，鉆孔的尺寸也可能越來(lái)越小。通常，直徑為6密耳或更小的通孔稱為微孔。微孔常用于HDI（高密度互連結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)中。微孔技術(shù)可以使過(guò)孔直接擊中焊盤（通過(guò)焊盤），這大大提高了電路性能并節(jié)省了布線空間。
通孔在傳輸線上的阻抗中顯示為離散的斷點(diǎn)，這可能導(dǎo)致信號(hào)反射。通常，通孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低約12％。例如，當(dāng)50歐姆的傳輸線通過(guò)通孔時(shí)，阻抗將減小6歐姆（具體與通孔的大小和板的厚度有關(guān)，而不是絕對(duì)減小）。但是，由通孔的不連續(xù)阻抗引起的反射實(shí)際上很小。反射系數(shù)僅為：（44-50）/（44 + 50）= 0.06。通孔引起的問(wèn)題更多地集中在對(duì)寄生電容和電感的影響上。
通孔的寄生電容和電感
通孔本身具有寄生雜散電容。如果已知通孔接地層上的阻焊層的直徑為D2，通孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基板的介電常數(shù)為ε，則通孔的寄生電容約為：C =1.41εTD1/（D2-D1）通孔的寄生電容對(duì)電路的主要作用是延長(zhǎng)信號(hào)的上升時(shí)間并降低電路的速度。例如，對(duì)于厚度為50Mil的PCB板，如果使用的過(guò)孔焊盤的直徑為20Mil（鉆孔的直徑為10Mils）并且阻焊層面積的直徑為40Mil，那么我們可以近似寄生上式過(guò)孔的電容：C = 1.41x4.4x0.050x0.020 /（0.040–0.020）= 0.31pF。由這部分電容引起的上升時(shí)間變化大致為：T10–90 = 2.2C（Z0 / 2）= 2.2x0 .31x（50/2）= 17.05ps
從這些值可以看出，盡管減慢單個(gè)通孔的寄生電容引起的上升延遲的效果不是很明顯，但是如果在跡線中使用多個(gè)通孔在各層之間切換，則將使用多個(gè)通孔，應(yīng)考慮精心設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)增加通孔和銅區(qū)域之間的距離（抗焊盤）或減小焊盤的直徑來(lái)減小寄生電容。
由于過(guò)孔中存在寄生電容，因此也存在寄生電感。在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，通孔的寄生電感造成的危害通常大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感將削弱旁路電容器的作用，并削弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效果。我們可以使用以下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)簡(jiǎn)單計(jì)算通孔的近似寄生電感：L = 5.08h [ln（4h / d）+1]。 L表示通孔的電感，h是通孔的長(zhǎng)度，d是中心孔的直徑。從公式可以看出，通孔的直徑對(duì)電感的影響很小，而通孔的長(zhǎng)度對(duì)電感的影響最大。仍然使用以上示例，可以將通孔的電感計(jì)算為：L = 5.08x0.050 [ln（4x0.050 / 0.010）+1] = 1.015nH。如果信號(hào)的上升時(shí)間為1ns，則其等效阻抗大小為：XL =πL/ T10–90 =3.19Ω。當(dāng)通過(guò)高頻電流時(shí)，這種阻抗不能忽略。重要的是要注意，在連接電源層和接地層時(shí)，旁路電容器需要通過(guò)兩個(gè)通孔，因此通孔的寄生電感將成倍增加。
如何設(shè)計(jì)應(yīng)用PCB過(guò)孔
通過(guò)對(duì)通孔的寄生特性的上述分析，我們可以看到，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡(jiǎn)單的通孔通常會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面影響。為了減少由通孔的寄生效應(yīng)引起的不利影響，在設(shè)計(jì)中，您可以做的盡可能多：
1.從成本和信號(hào)質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面，選擇通孔尺寸的合理尺寸。如有必要，可以考慮使用不同大小的通孔。例如，對(duì)于電源或接地過(guò)孔，可以考慮使用更大的尺寸以減小阻抗。對(duì)于信號(hào)走線，可以使用較小的過(guò)孔。當(dāng)然，隨著通孔尺寸的減小，相應(yīng)的成本也會(huì)增加。
2.上面討論的兩個(gè)公式可以得出結(jié)論，使用較薄的PCB板有助于減少過(guò)孔的兩個(gè)寄生參數(shù)。
3. PCB板上的信號(hào)走線不應(yīng)盡可能多地改變層數(shù)，也就是說(shuō)，盡量不要使用不必要的過(guò)孔。
4.電源和接地針應(yīng)穿過(guò)該孔?？缀弯N之間的引線越短越好。您可以考慮并聯(lián)多個(gè)通孔以減小等效電感。
5.在通孔附近放置一些接地的通孔，以進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，以提供最接近信號(hào)的環(huán)路。您甚至可以在PCB上放置一些額外的接地過(guò)孔。
6.對(duì)于高密度高速PCB板，請(qǐng)考慮使用微型過(guò)孔。
