過孔簡介 過孔（via）是多層 PCB 的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占 PCB 制板費用的 30%~40%。簡單的來說，PCB 上的每一個孔都可以稱之為過孔。 從作用上看，過孔可以分成兩類： 用作各層間的電氣連接； 用作器件的固定或定位； 如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類： 盲孔(blind via) 埋孔 (buried via) 通孔(through via) 盲孔 位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。 埋孔 是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層，層壓前利用通孔成型工藝完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內(nèi)層。 通孔 這種孔穿過整個線路板，可用于實現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn)，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。 類似上圖箭頭位置是via hole 從設計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成： 中間的鉆孔（drill hole） 鉆孔周圍的焊盤區(qū) 這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速,高密度PCB 設計時，設計者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍（plating）等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度超過鉆孔直徑的 6 倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現(xiàn)在正常的一塊 6 層 PCB 板的厚度（通孔深度）為 50Mil 左右，所以 PCB 廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到 8Mil。隨著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展，鉆孔的尺寸也可以越來越小，一般直徑小于等于 6Mils 的過孔，我們就稱為微孔。在 HDI（高密度互連結(jié)構(gòu)）設計中經(jīng)常使用到微孔，微孔技術(shù)可以允許過孔直接打在焊盤上（Via-in-pad），這大大提高了電路性能，節(jié)約了布線空間。 過孔對信號傳輸?shù)挠绊懀杭纳娙莺图纳姼? VIA ON PAD設計 過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點，會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比傳輸線低 12%左右，比如 50 歐姆的傳輸線在經(jīng)過過孔時阻抗會減小 6 歐姆（具體和過孔的尺寸，板厚也有關(guān)，不是絕對減小）。但過孔因為阻抗不連續(xù)而造成的反射其實是微乎其微的，其反射系數(shù)僅為：(44-50)/(44 50)=0.06，過孔產(chǎn)生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。 過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區(qū)直徑為 D2,過孔焊盤的直徑為 D1,PCB 板的厚度為 T,板基材介電常數(shù)為 ε,則過孔的寄生電容大小近似于： C=1.41×ε×T×D1/(D2-D1) 過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為 50Mil 的 PCB 板，如果使用的過孔焊盤直徑為 20Mil（鉆孔直徑為 10Mils），阻焊區(qū)直徑為 40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是： C=1.41×4.4×0.050×0.020/(0.040-0.020) =0.31pF 這部分電容引起的上升時間變化量大致為： T10-90 =2.2C(Z0/2) =2.2×0.31×(50/2) =17.05ps 從這些數(shù)值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，就會用到多個過孔，設計時就要慎重考慮。實際設計中可以通過增大過孔和鋪銅區(qū)的距離（Anti-pad）或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。 過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的經(jīng)驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感： L=5.08×h×[ln(4×h/d) 1] 其中：L 指過孔的電感 h 是過孔的長度 d 是中心鉆孔的直徑。 從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為： L=5.08×0.050×[ln(4x0.050/0.010) 1] =1.015nH 如果信號的上升時間是 1ns，那么其等效阻抗大小為： XL =2πL/T=6.37Ω 這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。 如何使用過孔 1、通過上面對過孔寄生特性的分析，我們能看到，在高速 PCB 設計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以盡量做到：從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸的過孔。比如對 6-10 層的內(nèi)存模塊 PCB 設計來說：