在現(xiàn)代電子設(shè)備中，印刷電路板(PCB)是核心組成部分，它承載著各種電子元器件并將它們通過電氣信號(hào)連接在一起。隨著電子設(shè)備的日益復(fù)雜，PCB的設(shè)計(jì)也變得更加精細(xì)和復(fù)雜。而在PCB的設(shè)計(jì)中，過孔(via)是不可或缺的元素，它在不同層之間傳輸信號(hào)和電源。合理設(shè)計(jì)過孔，不僅能夠提升PCB的電氣性能，還能夠降低生產(chǎn)成本，避免潛在的制造和使用問題。本文將詳細(xì)講解PCB過孔的種類、功能以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

PCB過孔是用于將不同層的銅箔線路連接起來的導(dǎo)電通道。通常為多層結(jié)構(gòu)，常見的如雙層板、四層板，甚至可以達(dá)到幾十層。在這些層之間，過孔起到導(dǎo)電橋梁的作用。它是通過在電路板上鉆孔，再在孔壁上鍍銅而形成的導(dǎo)電通道。過孔的形狀可以是圓形、橢圓形等，但最常見的是圓形。

過孔(via)是PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，特別是對(duì)高速多層PCB設(shè)計(jì)來說，過孔的設(shè)計(jì)需要引起工程師的重視。接下來一起來了解下PCB設(shè)計(jì)中的過孔知識(shí)。

過孔的類型

過孔一般又分為三類：通孔、盲孔和埋孔。

盲孔：指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。

埋孔：指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會(huì)延伸到線路板的表面。

通孔：這種孔穿過整個(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。

過孔的設(shè)計(jì)規(guī)則

綜合設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，工程師需要考慮以下問題：

過孔不能位于焊盤上;

器件金屬外殼與PCB接觸區(qū)域向外延伸1.5mm區(qū)域內(nèi)不能有過孔。

貼片膠點(diǎn)涂或印刷區(qū)域內(nèi)不能有過孔。如采用貼片膠點(diǎn)涂或印刷工藝的CHIP、SOP元件下方的PCB區(qū)域。

全通過孔內(nèi)徑原則上要求0.2mm(8mil)及以上，外徑的是0.4mm(16mil)以上，有困難地方必須控制在外徑為0.35mm(14mil)。

BGA在0.65mm及以上的設(shè)計(jì)建議不要用到埋盲孔，成本會(huì)大幅度增加。

過孔與過孔之間的間距不宜過近，鉆孔容易引起破孔，一般要求孔間距0.5mm及以上，0.35mm-0.4mm極力避免，0.3mm及以下禁止。

普通PCB中的過孔

在普通PCB 設(shè)計(jì)中，過孔的寄生電容和寄生電感對(duì)PCB設(shè)計(jì)的影響較小，對(duì)1-4層PCB 設(shè)計(jì)，一般選用0.36mm/0.61mm/1.02mm(鉆孔/ 焊盤/POWER 隔離區(qū))的過孔較好，一些特殊要求的信號(hào)線(如電源線、地線、時(shí)鐘線等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm 的過孔，也可根據(jù)實(shí)際選用其余尺寸的過孔。

高速PCB的過孔

高速PCB多層板中，信號(hào)從某層互連線傳輸?shù)搅硪粚踊ミB線就需要通過過孔來實(shí)現(xiàn)連接，在頻率低于1GHz時(shí)，過孔能起到一個(gè)很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。

當(dāng)頻率高于1 GHz后，過孔的寄生效應(yīng)對(duì)信號(hào)完整性的影響就不能忽略，此時(shí)過孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射、延時(shí)、衰減等信號(hào)完整性問題。

當(dāng)信號(hào)通過過孔傳輸至另外一層時(shí)，信號(hào)線的參考層同時(shí)也作為過孔信號(hào)的返回路徑，并且返回電流會(huì)通過電容耦合在參考層間流動(dòng)，并引起地彈等問題。

高速PCB應(yīng)如何設(shè)計(jì)過孔?

在高速PCB設(shè)計(jì)中，過孔將間接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，若是操作不當(dāng)，將給電路設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面效應(yīng)：

①選擇適當(dāng)?shù)倪^孔尺寸

對(duì)于多層PCB板設(shè)計(jì)來說，選擇0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤/ POWER 隔離區(qū))過孔即可;

對(duì)于高密度的PCB板設(shè)計(jì)來說，選擇0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過孔，也可以嘗試非穿導(dǎo)孔;

對(duì)于電源或地線的過孔設(shè)計(jì)來說，則可選擇較大的尺寸，以減小阻抗;

②PCB的信號(hào)走線盡量避免不換層，減少過孔;

③選擇較薄的PCB，有利于減小過孔的寄生參數(shù);

④在信號(hào)換層的過孔附近配備接地過孔，便于為信號(hào)提供短距離回路;

⑤POWER隔離區(qū)越大越好，考慮PCB板的過孔密度，最好是D1=D2+0.41。

過孔的功能與分類△ 過孔的重要性

在多層PCB線路板中，過孔起著電氣連接和固定器件的重要作用。其鉆孔成本往往占據(jù)PCB制板總成本的30%至40%。PCB上的每一個(gè)孔洞均可被定義為過孔。

△ 過孔的分類

從工藝制程上細(xì)分，過孔通?？煞譃槊た?、埋孔和通孔三類。盲孔主要分布在印刷線路板的頂層和底層，其特點(diǎn)是在一定深度內(nèi)連接表層線路與內(nèi)層線路，且孔深通常不超過特定比率。埋孔則是指位于內(nèi)層的連接孔，不延伸至線路板表面，通常通過通孔成型工藝在層壓前完成，并可能涉及多個(gè)內(nèi)層的重疊。通孔貫穿整個(gè)線路板，常用于內(nèi)部互連或元件安裝定位。由于通孔工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低，因此在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)印刷電路板都采用通孔，而其他類型的過孔使用較少。

設(shè)計(jì)層面，過孔主要由鉆孔及其周圍的焊盤區(qū)組成，這兩部分的尺寸共同決定了過孔的整體尺寸。

02PCB設(shè)計(jì)中的過孔尺寸△ 減小過孔尺寸的利弊

在高速且高密度的PCB設(shè)計(jì)過程中，減小過孔尺寸被視為理想選擇，因?yàn)樾〕叽绲倪^孔能為板上布線騰出更多空間，同時(shí)，其自身的寄生電容也會(huì)隨之減小，從而更適宜高速電路的需求。然而，過孔尺寸的縮小也帶來了成本的增加。值得注意的是，過孔尺寸并非無限制可縮小，它受到鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的制約。例如，過小的孔徑會(huì)延長(zhǎng)鉆孔時(shí)間，并增加偏離中心的風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)孔深超過鉆孔直徑的6倍時(shí)，孔壁均勻鍍銅的保證將不復(fù)存在。

△ 微孔技術(shù)的進(jìn)步

得益于激光鉆孔技術(shù)的進(jìn)步，如今我們可以制作出直徑小于等于6Mil的微孔。在HDI(高密度互連結(jié)構(gòu))設(shè)計(jì)中，微孔技術(shù)允許過孔直接打在焊盤上(即Via-in-pad)，這不僅顯著提升了電路性能，還節(jié)省了寶貴的布線空間。