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％。簡而言之，PCB上的每個孔都可以稱為via。從功能的角度來看，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備。在工藝過程方面，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^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通孔成型工藝完成的，并且在形成通孔期間，多個內(nèi)層可能會重疊。第三種稱為通孔。該孔穿透整個電路板，可用于內(nèi)部互連或用作組件定位孔。由于通孔在技術上更易于實現(xiàn)且成本更低，因此大多數(shù)印刷電路板都使用該通孔來代替其他兩個通孔。除非另有說明，否則以下提到的通孔被視為通孔。
從設計的角度來看，過孔主要由兩部分組成，一個是中間的鉆孔，另一個是鉆孔周圍的焊盤區(qū)域。這兩個部分的大小決定了通孔的大小。顯然，在高速，高密度的PCB設計中，設計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了成本的增加，并且不能無限制地減小通孔的尺寸。它受到鉆孔和電鍍（電鍍）及其他工藝技術的限制。孔越小，孔花費的時間越長，越容易偏離中心。并且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，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。隨著激光鉆孔技術的發(fā)展，鉆孔的尺寸也可能越來越小。通常，直徑為6密耳或更小的通孔稱為微孔。微孔常用于HDI（高密度互連結構）設計中。微孔技術可以使過孔直接擊中焊盤（通過焊盤），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，這可能導致信號反射。通常，通孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低約12％。例如，當50歐姆的傳輸線通過通孔時，阻抗將減小6歐姆（具體與通孔的大小和板的厚度有關，而不是絕對減?。５?，由通孔的不連續(xù)阻抗引起的反射實際上很小。反射系數(shù)僅為：（44-50）/（44 + 50）= 0.06。通孔引起的問題更多地集中在對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）通孔的寄生電容對電路的主要作用是延長信號的上升時間并降低電路的速度。例如，對于厚度為50Mil的PCB板，如果使用的過孔焊盤的直徑為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通孔在各層之間切換，則將使用多個通孔，應考慮精心設計。在實際設計中，可以通過增加通孔和銅區(qū)域之間的距離（抗焊盤）或減小焊盤的直徑來減小寄生電容。
由于過孔中存在寄生電容，因此也存在寄生電感。在高速數(shù)字電路的設計中，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，并削弱整個電源系統(tǒng)的濾波效果。我們可以使用以下經(jīng)驗公式來簡單計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是通孔的長度，d是中心孔的直徑。從公式可以看出，通孔的直徑對電感的影響很小，而通孔的長度對電感的影響最大。仍然使用以上示例，可以將通孔的電感計算為：L = 5.08x0.050 [ln（4x0.050 / 0.010）+1] = 1.015nH。如果信號的上升時間為1ns，則其等效阻抗大小為：XL =πL/ T10–90 =3.19Ω。當通過高頻電流時，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，旁路電容器需要通過兩個通孔，因此通孔的寄生電感將成倍增加。
如何設計應用PCB過孔
通過對通孔的寄生特性的上述分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的通孔通常會給電路設計帶來很大的負面影響。為了減少由通孔的寄生效應引起的不利影響，在設計中，您可以做的盡可能多：
1.從成本和信號質(zhì)量兩個方面，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，對于電源或接地過孔，可以考慮使用更大的尺寸以減小阻抗。對于信號走線，可以使用較小的過孔。當然，隨著通孔尺寸的減小，相應的成本也會增加。
2.上面討論的兩個公式可以得出結論，使用較薄的PCB板有助于減少過孔的兩個寄生參數(shù)。
3. PCB板上的信號走線不應盡可能多地改變層數(shù)，也就是說，盡量不要使用不必要的過孔。
4.電源和接地針應穿過該孔?？缀弯N之間的引線越短越好。您可以考慮并聯(lián)多個通孔以減小等效電感。
5.在通孔附近放置一些接地的通孔，以進行信號轉(zhuǎn)換，以提供最接近信號的環(huán)路。您甚至可以在PCB上放置一些額外的接地過孔。
6.對于高密度高速PCB板，請考慮使用微型過孔。
