PCB部落格 - PCB上的過孔

過孔是多層膜的重要組成部分之一 PCB電路板, 鑽井成本通常占鑽井成本的30%-4.0% PCB板 生產. 簡單地說, PCB上的每個孔都可以稱為通孔.

1、從功能角度來看，過孔可分為兩類：

1）它用作層之間的電力連接；

2.）用於固定或定位設備。

就工藝而言，這些過孔通常分為3類，即盲過孔、埋入過孔和穿透過孔。

盲孔位於印刷電路板的頂部和底部表面，具有一定深度，用於連接表面電路和底層內部電路，並且孔的深度通常不超過一定的比率（直徑）。

埋入過孔是指位於印刷電路板內層的連接孔，其不延伸至電路板表面。 上述兩種類型的孔位於電路板的內層，在層壓之前通過通孔成型工藝完成。 在通孔形成過程中，幾個內層可能重疊。

第3種類型稱為通孔，它穿透整個電路板，可用於內部互連或作為組件的安裝定位孔。 由於通孔在加工過程中更容易實現且成本較低，大多數印刷電路板使用它來代替其他兩種通孔。 除非另有規定，否則以下提及的通孔視為通孔。 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焊盤區域，如下圖所示。 這兩個部分的大小决定了通孔的大小。 顯然，在高速高密度PCB板的設計中，設計者總是希望通孔越小越好，這樣可以在板上留下更多的佈線空間。 此外，通孔越小，其本身的寄生電容越小，越適合高速電路。 然而，孔尺寸的减小也帶來了成本的新增，並且通孔的尺寸不能無限减小。 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制：孔越小，鑽孔越多，所需時間越長，越容易偏離中心； 當孔的深度超過鑽孔直徑的6倍時，不能保證孔壁均勻鍍銅。 例如，普通6層PCB板的厚度（通孔深度）約為50Mil，囙此PCB板製造商提供的孔直徑只能達到8Mil。

2、過孔寄生電容過孔本身對地具有寄生電容。 如果已知接地層上過孔的隔離孔直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，並且PCB板的厚度為T，則板基板的介電常數為ε， 那麼過孔的寄生電容類似於：C=1.41εTD1/（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並降低電路的速度。

例如，對於厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil、焊盤直徑為20Mil的通孔，且焊盤與接地銅面積之間的距離為32Mil，則可以通過上述公式近似計算通孔。 寄生電容粗糙：

C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.020）=0.517pF，

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引起的上升和延遲的影響不是很明顯，但如果在軌跡中多次使用過孔來在層之間切換，設計者仍應仔細考慮。

3.過孔的寄生電感類似地，過孔的寄生電容和寄生電感一起存在。 在高速數位電路設計中，過孔寄生電感造成的危害往往大於寄生電容的影響。 其寄生串聯電感將削弱旁路電容器的貢獻，並降低整個電力系統的濾波效果。 我們可以用以下公式輕鬆計算過孔的近似寄生電感：L=5.08h[ln（4h/d）+1]

其中L是通孔的電感，h是通孔的長度，d是中心鑽孔的直徑。 從公式中可以看出，通孔直徑對電感影響不大，而通孔長度對電感有影響。 仍然使用上述示例，通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=L/T10-90=3.19Î）。 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略。 需要注意的是，在連接電源層和接地層時，旁路電容器需要穿過兩個過孔，以便使過孔的寄生電感成倍新增。

4、高速PCB板中的過孔設計通過以上對過孔寄生特性的分析，可以看出在高速PCB板的設計中，看似簡單的過孔往往會給電路設計帶來很多。 負面影響。 為了减少過孔寄生效應引起的不利影響，您可以在設計中盡可能多地嘗試：

1）考慮到成本和訊號質量，選擇尺寸合理的通孔。 例如，對於6-10層記憶體模組PCB板設計，最好使用10/20Mil（鑽孔/焊盤）過孔。 對於一些高密度小型電路板，也可以嘗試使用8/18密耳。 過孔。 在當前技術條件下，很難使用較小的過孔。 對於電源或接地過孔，考慮使用更大的尺寸來降低阻抗。

2）從上面討論的兩個公式可以得出結論，使用較薄的PCB板有利於减少過孔的兩個寄生參數。

3）儘量不要改變PCB上訊號跡線的層，也就是說，儘量不要使用不必要的過孔。

4）電源和接地的針腳應盡可能靠近鑽孔。 通孔和引脚之間的引線越短越好，因為它們會新增電感。 同時，電源和接地的引線應盡可能厚，以减少阻抗。

5) Place some grounded 過孔 near the vias where the signal changes layers to provide a short return path for the signal. 甚至可以在PCB上大量放置幾個冗餘接地過孔. 當然, flexibility is also required in the 設計. 在每個層都有焊盤的情况下，前面討論了過孔模型, 有時, 我們可以减少甚至移除某些層的焊盤. 特別是在過孔密度非常高的情况下, 它可能導致在銅層上形成斷路器. 為了解决這個問題, 除了移動過孔的位置之外, 我們也可以考慮在銅層上放置通孔. 焊盤尺寸减小 PCB板.