PCB科技 - 什麼是PCB通孔？

1 PCB通孔的基本概念

PCB過孔是 多層PCB. 鑽孔成本通常占 PCB板 製作. 簡單地說, PCB上的每個孔都可以稱為PCB通孔. 功能上, PCB焊道可分為兩類：一類用於層間的電力連接； 第二個是固定或定位設備. 在流程方面, 這些PCB通常分為3類：盲孔, 埋通孔和直通通孔. 盲孔位於印刷電路板的頂面和底面上，表面線和下麵的內線之間有一定的連接深度. The depth of holes usually does not exceed a certain ratio (aperture). 埋孔是指位於印刷電路板內層的連接孔, 不會延伸到印刷電路板的表面. 這兩種類型的孔位於電路板的內層, 通過層壓前的通孔成型工藝完成, 並且在PCB通孔形成過程中可能重疊多個內層. 第3個叫做通孔, 穿過整個電路板，可用於實現內部互連或安裝定位孔作為元件. 因為這些洞在科技上更容易實現，而且更便宜, 大多數印刷電路板使用它們，而不是其他兩個PCB孔. PCB穿過下麵提到的孔, 無特殊說明, 被視為通過孔.

從設計角度來看，PCB焊道主要由兩部分組成，一部分是中間的鑽孔，另一部分是鑽孔周圍的焊盤區域。 這兩部分的大小决定了PCB孔的大小。 顯然，在高速、高密度PCB設計中，設計師總是希望PCB穿過孔越小，電路板上的佈線空間越好。 此外，PCB通過孔越小，PCB本身的寄生電容越小，對高速電路越有利。 然而，孔尺寸越小，成本越高，並且PCB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：孔尺寸越小，鑽孔時間越長，越容易偏離中心位置。 當孔的深度超過孔直徑的6倍時，無法確保孔壁均勻鍍銅。 例如，如果普通6層PCB板的厚度為50密耳（通孔深度）。

然後，在正常情况下，PCB製造商提供的孔直徑只能達到8Mil。 隨著雷射鑽孔科技的發展，鑽孔的尺寸也可以越來越小。 通常，PCB通過直徑小於或等於6mil的孔稱為微孔。 微孔通常用於HDI（高密度互連結構）設計。 微孔科技允許PCB孔直接沖孔到焊盤上（焊盤中的過孔），這大大提高了電路效能並節省了佈線空間。

傳輸線上的PCB孔顯示不連續的阻抗中斷點，這會導致訊號反射。 一般來說，PCB孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低約12%。 例如，通過PCB孔的50歐姆傳輸線的阻抗將减少6歐姆（PCB孔的具體尺寸、板厚度也相關，而不是减少）。 然而，由於不連續阻抗，PCB通孔的反射很小，其反射係數僅為（44-50）/（44+50）=0.06。 PCB通孔引起的問題更多地集中在寄生電容和電感上。

2 PCB通孔寄生電容和電感

PCB通道具有寄生雜散電容。 如果已知層疊層上PCB通路的電阻區直徑為D2，PCB通路的直徑為D1，PCB板的厚度為T，並且已知板基材的介電常數為D.µ，則PCB孔的寄生電容大約等於C=1.41µTD1/（D2-D1）

PCB通過孔的寄生電容將對電路產生重大影響，這將延長訊號的上升時間，降低電路的速度。 例如，對於厚度為50密耳的PCB板，如果PCB通孔墊的直徑為20密耳（鑽孔直徑為10密耳），電阻區的直徑為40密耳，則PCB通孔的寄生電容可通過上述公式近似計算：

C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.040-0.020）=0.31pF

這部分電容引起的上升時間變化量約為：

T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.31x（50/2）=17.05ps

從這些值可以看出，雖然單個PCB孔的寄生電容引起的上升延遲的影響不明顯，但如果PCB孔在佈線中多次使用，則多個PCB孔將用於層間切換，並且應在設計中仔細考慮。 在實際設計中，可以通過新增PCB通孔與銅焊盤之間的距離或减小焊盤直徑來减小寄生電容。

PCB通道中存在寄生電容和電感。 在高速數位電路的設計中，PCB通路的寄生電感往往比寄生電容造成的危害更大。 其寄生串聯電感削弱了旁路電容的貢獻和整個電力系統的濾波效果。 以下經驗公式可用於計算PCB通孔近似的寄生電感：

L=5.08h【ln（4h/d）+1】

L為PCB孔的電感，h為PCB孔的長度，D為中心孔的直徑。 從公式中可以看出，PCB孔的直徑對電感的影響很小，而PCB孔的長度對電感的影響很小。 仍然使用上述示例，PCB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，則等效阻抗為：XL=pi L/T10-90=3.19\uU。 當通過高頻電流時，這種阻抗不再可以忽略。 需要注意的是，在連接電源層和層時，旁路電容需要通過兩個PCB孔，以便PCB孔的寄生電感可以成倍新增。

3如何使用PCB通孔

從以上對PCB孔寄生特性的分析可以看出，在高速PCB設計中，看似簡單的PCB孔往往會對電路設計產生很大的負面影響。 為了减少PCB孔寄生效應的不利影響，可以在設計中這樣做：

A考慮到成本和訊號質量，選擇合理的PCB通孔尺寸。 如有必要，考慮使用不同尺寸的PCB焊道，例如較大尺寸的電源或地線PCB焊道，以减少阻抗，較小的PCB焊道用於訊號佈線。 當然，成本會隨著PCB孔尺寸的减小而新增。

B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PCB孔的兩個寄生參數。

C PCB板上的訊號佈線不應盡可能多地改變，即不應使用不必要的PCB孔。

D電源和接地引脚應在靠近PCB通孔的位置打孔，PCB通孔和引脚之間的引線越短越好。 可以並行考慮多個PCB通道，以减少等效電感。

E在訊號層的PCB通道附近放置一些接地的PCB通道，為訊號提供閉合電路. 您甚至可以在 PCB板.

F對於高密度的高速PCB板，可以考慮使用微型PCB孔。