電路設計 - PCB過孔設計特點分析

盲孔位於印刷電路板的頂面和底面上，並具有一定的深度。 它們用於連接表面線和下麵的內部線。 孔的深度通常不會超過一定的比例（孔徑）。 埋孔是指位於印刷電路板內層的連接孔，不延伸到電路板表面。 上述兩種類型的孔位於電路板的內層中，並且在層壓之前通過通孔形成工藝來完成，並且在過孔的形成過程中可以重疊多個內層。 第三種類型被稱為通孔。 這種孔穿過整個電路板，可以用來實現內部互連，也可以作為元件安裝的定位孔。 由於通孔在工藝中更容易實現，成本更低，囙此它被用於大多數印刷電路板，而不是其他兩種通孔。 除非另有規定，否則以下過孔視為過孔。

1.從設計角度來看，通孔主要由兩部分組成，一部分是中間的鑽孔，另一部分是鑽孔周圍的襯墊區域。 這兩個部分的尺寸决定了過孔的尺寸。 顯然，在高速、高密度的PCB設計中，設計者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。 此外，過孔越小，其自身的寄生電容就越小。 它越小，就越適合用於高速電路。 然而，孔尺寸的减小也帶來了成本的新增，並且過孔的尺寸不能無限期地减小。 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制：鑽孔越小，鑽孔越多。鑽孔時間越長，越容易偏離中心位置； 並且當孔的深度超過鑽孔直徑的6倍時，不能保證孔壁能够均勻地鍍銅。 例如，一塊普通的6層PCB板的厚度（通孔深度）約為50Mil，囙此PCB製造商可以提供的最小鑽孔直徑只能達到8Mil。

2.過孔本身的寄生電容對地具有寄生電容。 如果已知過孔接地層上的隔離孔的直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，則板基板的介電常數為， 過孔的寄生電容約為：C=“1”。41島TD1/（D2-D1）過孔寄生電容對電路的主要影響是延長訊號的上升時間降低電路的速度。 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，並且焊盤與接地銅區域之間的距離為32Mil，那麼我們可以使用上面的公式來近似過孔。寄生電容大致為：C= 1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.020）=0.517pF， 由這部分電容引起的上升時間變化為：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.517x（55/2）=31.28ps。從這些值可以看出，雖然單個過孔的寄生電容導致的上升延遲的影響並不明顯，但如果在跡線中多次使用過孔在層間切換，設計者仍應仔細考慮。

3.過孔的寄生電感類似地，過孔中存在寄生電感和寄生電容。 在高速數位電路的設計中，過孔的寄生電感所造成的損傷往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感會削弱旁路電容器的貢獻，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過孔的近似寄生電感：L=“5”.08h[ln（4h/d）+1]其中L是過孔的電感，h是過孔長度，d是中心孔直徑。 從公式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而過孔的長度對電感的影響力最大。 仍然使用上面的例子，過孔的電感可以計算為：L=5.08x0.050[ln（4x0.050/0.010）+1]=1.015nH。如果訊號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為：XL=ÍL/T10-90=3.19。當高頻電流通過時，這種阻抗不再被忽略。 需要特別注意的是，在連接電源平面和接地平面時，旁路電容器需要穿過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會呈指數級新增。

4.高速PCB中的過孔設計。 通過以上對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，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。 效應 為了减少由過孔的寄生效應引起的不利影響，可以在設計中進行以下操作：

1.考慮到成本和訊號質量，通過尺寸選擇合理的尺寸。 例如，對於6-10層記憶體模塊PCB設計，最好使用10/20Mil（鑽孔/焊盤）過孔。 對於一些高密度的小尺寸板，您也可以嘗試使用8/18Mil。 洞 在現時的技術條件下，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有利於减少過孔的兩個寄生參數。

3.儘量不要改變PCB板上訊號跡線的層數，也就是說，儘量不要使用不必要的過孔。

4.電源和接地引脚應在附近鑽孔，過孔和引脚之間的引線應盡可能短，因為它們會新增電感。 同時，電源和接地引線應盡可能厚，以降低阻抗。 百能網是秦集集團的子公司，是國內領先的電子行業服務平臺。 它提供線上元器件、感測器採購、PCB定制、BOM配送、資料選擇等電子行業供應鏈完整解决方案，一站式滿足電子行業中小客戶的整體需求。

5.在訊號層的通孔附近放置一些接地的通孔，為訊號提供最近的環路。 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在每一層上都有焊盤的情况。 有時，我們可以减少甚至去除某些層的襯墊。 特別是當過孔的密度非常高時，它可能導致在銅層中形成分離環的斷裂凹槽。 為了解决這個問題，除了移動過孔的位置外，我們還可以考慮將過孔放置在銅層上。 焊盤尺寸减小。