【摘要】

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

一、問題的提出

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

二、解決思路

通過了解和學(xué)習(xí)相關(guān)資料，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)過孔設(shè)計(jì)方法，加以在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的體會(huì)，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(jì)的重要組成部分之一，過孔的費(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%到40%。

一個(gè)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(xué)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(huì)延伸到線路板的表面

（3）通孔(through via)：穿過整個(gè)線路板，可用于實(shí)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(shí)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(duì)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(huì)給電路造成的主要影響是延長了信號(hào)的上升時(shí)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(jì)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(huì)削弱旁路電容的作用，減弱整個(gè)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(duì)電感的影響較小，而對(duì)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(duì)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(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)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(diǎn)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(hào)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?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗；

（5）在信號(hào)換層的過孔附近放置一些接地過孔，以便為信號(hào)提供短距離回路同時(shí)，在高速PCB過孔設(shè)計(jì)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(jì)是PCB設(shè)計(jì)的重要組成部分，同時(shí)對(duì)信號(hào)完整性有著一定的影響，尤其是高速信號(hào)線。本文對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)出性能做好的單板。

審核編輯：湯梓紅