PCB部落格 - PCB板通孔的寄生電容和寄生電感

1.通過

通孔是多層結構的重要組成部分之一 電路板, 鑽井成本通常占鑽井成本的30%至4.0% PCB板 生產. 簡言之, PCB上的每個孔都可以稱為通孔. 從功能的角度, 通孔可分為兩類：一類用於層間的電連接； 另一個用於設備固定或定位. 就過程而言, 這些通孔通常分為三類：, 即盲通孔, 埋置通孔, 並通過通孔. 盲孔位於印刷電路板的頂面和底面, 有一定深度, 用於連接表面回路和底層內部回路, and the depth of the hole usually does not exceed a certain ratio (diameter). 埋置通孔是指位於印刷電路板內層的連接孔, 其不延伸到電路板的表面. 上述兩種類型的孔位於電路板的內層，在層壓前通過通孔形成工藝完成. 在形成通孔期間, 若干內層可能重疊. 第三種類型稱為通孔, 其貫穿整個電路板，並可用於內部互連或用作部件的安裝位置孔. 因為通孔在工藝上更容易實現，成本更低, 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，否則下述通孔視為通孔. 從設計的角度來看, 過孔主要由兩部分組成：, 一個是中間洞, 另一個是孔周圍的焊盤區域, 如下圖所示：. 這兩部分的尺寸决定了通孔的尺寸. 明顯地, 在高速高密度的設計中 PCB板s, 設計者總是希望通孔越小, 更好, 以便在電路板上留下更多的佈線空間. 此外, 通孔越小, 它自身的寄生電容越大，它就越小, 越適用於高速電路. 然而, 孔尺寸的减小也帶來了成本的新增, 並且通孔的尺寸不能無限地减小. 它受到鑽孔和電鍍等工藝科技的限制：孔越小, 訓練時間越長. 時間越長, 越容易偏離中心位置； 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, 正常6層的厚度 PCB板 (through hole depth) is about 50Mil, 囙此，孔的直徑由 PCB板 製造商非常小，只能達到8 mil.

2.通孔寄生電容

孔本身對地具有寄生電容。 如果已知接地層上通孔的隔離孔的直徑為D2，通孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基板的介電常數為ε， 通孔的寄生電容類似於：C=1.41μ。 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，並且焊盤與接地銅區域之間的距離為32Mil，則可以通過上述公式近似通孔。 寄生電容大致為：C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.0200）=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化為：T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2 x0.517 x（55/2）=31.28ps。 從這些值可以看出，儘管由單個通孔的寄生電容引起的緩慢上升的效果不是很明顯，但設計者應仔細考慮通孔是否用於多次在跡線中的層之間切換。

3.通孔寄生電感

類似地，寄生電感與通孔的寄生電容一起存在。 在高速數位電路的設計中，通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。 通孔的直徑對電感影響較小，而通孔的長度對電感影響較大。 仍然使用上述示例，通孔的電感可以計算為：L=5.08x0.050[ln（4x0.05/0.010）1]=1.015nH。 如果訊號的上升時間為1ns，則其等效阻抗為XL=ÏL/T10-90=3.19ÎL。 當高頻電流通過時，這種阻抗不再可以忽略。 當連接電源層和接地層時，旁路電容器需要穿過兩個通孔，從而使通孔的寄生電感成倍新增。

4.高速PCB板上的通孔設計

通過以上對通孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB板的設計中，看似簡單的通孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。 為了减少通孔寄生效應造成的不利影響，您可以嘗試在設計中盡可能多地：

1）考慮成本和訊號質量，選擇尺寸合理的通孔。 例如，對於6-10層存儲模塊PCB板設計，最好使用10/20Mil（鑽孔/焊盤）通孔。 對於一些高密度小型電路板，您也可以嘗試使用8/1800萬。 通孔。 在當前技術條件下，很難使用較小的通孔。 對於電源或接地通孔，考慮使用更大尺寸以降低阻抗。

2）從以上討論的兩個公式可以得出結論，使用更薄的PCB板有利於减少通孔的兩個寄生參數。

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通孔。

4）電源和接地的引脚應盡可能靠近鑽孔。 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，電源和接地引線應盡可能厚，以降低阻抗。

5) Place some grounded 通孔 near the vias where the signal changes layers to provide a close return path for the signal. 甚至可以在 PCB板 大量. 當然, flexibility is also required in the 設計. 前面討論的通孔模型是每個層都有焊盤的情况, 有時, 我們可以减少甚至移除某些層的焊盤. 特別是在通孔密度非常高的情况下, 這可能導致在銅層上形成斷路器. 為了解决這個問題, 除了移動通孔的位置之外, 我們還可以考慮將 PCB板 銅層上的通孔. 焊盤尺寸减小.