【摘要】

在PCB設(shè)計過程中，PCB過孔設(shè)計是經(jīng)常用到的一種方式，同時也是一個重要因素，但是過孔設(shè)計勢必會對信號完整性產(chǎn)生一定的影響，尤其是對高速PCB設(shè)計。本文在參閱一些相關(guān)資料，及在設(shè)計過程中的心得，對過孔進行了一些簡單的分析，希望能作為硬件設(shè)計人員的參考。

一、問題的提出

PCB過孔是PCB設(shè)計的重要組成部分，同時也是影響PCB性能的一個重要因素，多多了解了過孔的相關(guān)知識，對硬件開發(fā)人員在整個設(shè)計過程，尤其是對PCB最終的設(shè)計，有很大的幫助。

二、解決思路

通過了解和學習相關(guān)資料，并結(jié)合工程經(jīng)驗過孔設(shè)計方法，加以在設(shè)計開發(fā)過程中的體會，總結(jié)了自己的一些理解，供讀者參考。

三、問題分析

3.1 過孔的介紹及分類

過孔是多層PCB設(shè)計的重要組成部分之一，過孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。

一個過孔主要由三部分組成：

（1）孔；

（2）孔周圍的焊盤區(qū)；

（3）POWER 層隔離區(qū)。

過孔的工藝過程是在過孔的孔壁圓柱面上用化學沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。過孔可以起到電氣連接，固定或定位器件的作用。如圖1 所示。

圖1過孔示意圖

過孔一般分為三類，如圖2所示：
（1）盲孔(blind via)：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，孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。

（2）埋孔(buried via)：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

（3）通孔(through via)：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，所以一般印制電路板均使用通孔。

圖2 過孔的分類

3.2 過孔的寄生電容

過孔本身存在著對地的寄生電容，其大小近似于：

C =1.41εTD1/(D2-D1)

（1）D2——過孔在鋪地層上的隔離孔直徑

（2）D1——過孔焊盤的直徑

（3）T ——PCB的厚度

（4）ε ——板材介電常數(shù)

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，電容值越小則影響越小。

3.3 過孔的寄生電感

過孔本身存在寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)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。過孔的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的作用，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。

過孔的寄生電感近似于：

L=5.08h[ln(4h/d)+1]

（1）h——過孔的長度

（2）d——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。

3.4 過孔的建議

通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計帶來很大的負面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，有以下幾點建議：

（1）POWER 隔離區(qū)越大越好，考慮PCB 上的過孔密度，一般為D1=D2+0.41；

（2）PCB 上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量減少過孔；

（3）使用較薄的PCB 有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)；

（4）電源和地的管腳要就近做過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗；

（5）在信號換層的過孔附近放置一些接地過孔，以便為信號提供短距離回路同時，在高速PCB過孔設(shè)計中，也有幾種過孔優(yōu)化方式：

（6）刪除多余的PAD

（7）優(yōu)化Antipad

（8）Backdrill

四、總結(jié)

PCB過孔設(shè)計是PCB設(shè)計的重要組成部分，同時對信號完整性有著一定的影響，尤其是高速信號線。本文對PCB過孔、過孔的寄生特性做了簡單介紹，并給出了一些建議，但在設(shè)計過程中還需要考慮成本、工藝能力、布線空間等因素，所以在設(shè)計過程中應(yīng)該多與EDA人員、仿真的同事以及制板廠多溝通交流，通力合作設(shè)計出性能做好的單板。

審核編輯：湯梓紅