過孔對高頻信號傳輸?shù)挠绊懼饕w現(xiàn)在信號損耗、阻抗匹配和電磁干擾三個方面：

信號損耗

孔徑大小直接影響高頻信號的衰減程度。例如，在28GHz頻段，0.3mm孔徑的過孔每厘米損耗比0.2mm孔徑高2.1dB，這種差異在長距離傳輸中會被放大。大孔徑因孔壁銅層電流路徑更長、電磁耦合更強，導(dǎo)致導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗均增加。采用0.15mm激光孔可降低1.8dB損耗。 ?

阻抗匹配

孔徑是阻抗不連續(xù)的重要來源，直接影響信號反射強度。例如，50Ω傳輸線經(jīng)過0.3mm孔徑過孔時，阻抗突變可達(dá)±10Ω;而0.2mm孔徑的阻抗波動僅±5Ω。10GHz信號經(jīng)過0.4mm孔徑過孔后，反射損耗會從-20dB惡化至-12dB，相當(dāng)于40%的信號能量被反射回源端。 ?

電磁干擾

大孔徑過孔的Stub殘留(未去除的過孔段)會形成諧振腔，導(dǎo)致高頻信號損耗驟增。例如，0.4mm孔徑的Stub在8GHz時產(chǎn)生諧振峰，而0.2mm孔徑的Stub諧振峰出現(xiàn)在15GHz，覆蓋更多高頻場景。采用背鉆工藝去除Stub并配合0.2mm孔徑，可使諧振峰衰減10dB以上。 ?

優(yōu)化建議

?高頻場景?(如5G通信、毫米波雷達(dá))：優(yōu)先選用0.2mm孔徑，并通過背鉆工藝控制Stub殘留長度≤0.3mm。 ?

?低損耗基材?(如Rogers 4350)：孔徑差異影響較小，但仍建議采用小孔徑以降低損耗。 ?

?回流地過孔?：在信號過孔周圍添加接地過孔，可改善阻抗連續(xù)性并減少電磁輻射。 ?

過孔的基本概念

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%到40%。簡單的說來，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：一是用作各層間的電氣連接;二是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，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(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。

第三種稱為通孔，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。

從設(shè)計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速,高密度的PCB設(shè)計時，設(shè)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(dāng)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，如果一塊正常的6 層PCB 板的厚度(通孔深度)為50Mil，那么，一般條件下PCB 廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)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(shè)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(Via)在PCB多層板設(shè)計中被廣泛應(yīng)用，但過孔若是處理不當(dāng)，很有可能對高頻信號傳輸產(chǎn)生不良影響，所以工程師在設(shè)計高頻電路時，若是要用到過孔，需要知道以下的知識。

從作用上來看，過孔的作用大致上可歸類為：用作各層間的電氣連接和用作器件的固定或定位;從工藝支撐上來看，過孔可分為盲孔、埋孔及通孔。

盲孔位于PCB板的頂層和底層表面，具有一定的深度，常用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，注意孔的深度不超過一定的比率(孔徑);而埋孔是指位于PCB板內(nèi)層的連接孔，不會延伸到線路板的表面，盲孔及埋孔都位于PCB板內(nèi)層，，而通孔是橫穿過整個線路板，它的功能是用于實現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔，由于通孔在個以上更容易實現(xiàn)，且成本較低，所以很多電路板會采用通孔，下面所說的過孔，若沒有特殊說明，均作為通孔考慮。

一般來說，過孔的尺寸大小將由中間鉆孔及鉆孔周圍的焊盤區(qū)所決定，在高速高密度PCB設(shè)計時，國控越小越好，因為可以留出更多的布線空間，而且自身寄生電容更小。

同時呢，過孔的設(shè)置也要注意以下幾方面：

電感和電容： 過孔的存在會引入額外的電感和電容。這些電感和電容值可能較小，但在高頻信號傳輸中會產(chǎn)生顯著的影響。電感會導(dǎo)致信號的延遲，而電容則會降低信號的帶寬。

串?dāng)_和反射： 過孔可以導(dǎo)致信號串?dāng)_和反射。串?dāng)_是因為信號在過孔附近的地區(qū)傳播，可能干擾其他信號線。反射是因為信號在過孔處會部分反射回去，引起波形失真。

阻抗匹配： 過孔的存在會改變信號線的阻抗。在高頻電路中，阻抗匹配非常重要，因為不匹配的阻抗會導(dǎo)致信號反射和喪失。電子工程師需要采取措施來確保過孔的影響不會破壞阻抗匹配。

損耗： 過孔的存在還會引入信號的額外損耗。這種損耗可能不明顯，但在高頻應(yīng)用中需要仔細(xì)考慮。

布局和設(shè)計： 考慮過孔的位置和布局對于減小其影響至關(guān)重要。合理的布局可以減小串?dāng)_和反射，同時確保信號線的阻抗匹配。

信號損耗：孔徑是 “高頻信號的衰減器”

在高頻頻段，過孔孔徑的大小直接決定信號的衰減程度。PCB 批量廠家的插入損耗測試顯示，在 28GHz 頻段，0.3mm 孔徑的過孔每厘米損耗比 0.2mm 孔徑高 2.1dB，這種差異在長距離傳輸中會被急劇放大。這源于兩個核心因素：大孔徑的孔壁銅層電流路徑更長，趨膚效應(yīng)導(dǎo)致的導(dǎo)體損耗增加;同時，大孔徑與周圍介質(zhì)的電磁耦合更強，介質(zhì)損耗也隨之上升。某 PCB 批量廠家為 28GHz 毫米波雷達(dá)設(shè)計的 0.15mm 激光孔，使信號傳輸損耗降低 1.8dB，遠(yuǎn)超設(shè)計預(yù)期。

過孔的 “Stub 效應(yīng)” 與孔徑密切相關(guān)。未去除的過孔殘留段(Stub)會形成諧振腔，0.4mm 孔徑的 Stub 在 8GHz 時就會產(chǎn)生諧振峰，導(dǎo)致?lián)p耗驟增;而 0.2mm 孔徑的 Stub 諧振峰出現(xiàn)在 15GHz，能覆蓋更多高頻場景。PCB 批量廠家的解決方案是：對 10GHz 以上信號，采用背鉆工藝去除 Stub，且殘留長度控制在 0.3mm 以內(nèi)，配合 0.2mm 孔徑，可使諧振峰衰減 10dB 以上。

不同基材下的孔徑損耗差異明顯。在低損耗基材(如 Rogers 4350)上，0.3mm 與 0.2mm 孔徑的損耗差異比普通 FR-4 小 30%。這是因為高頻基材的介質(zhì)損耗更低，弱化了孔徑帶來的損耗差異。

阻抗匹配：孔徑?jīng)Q定 “信號反射的強度”

過孔孔徑是阻抗不連續(xù)的重要來源，直接影響信號反射的強弱。PCB 批量廠家的阻抗測試數(shù)據(jù)顯示，50Ω 傳輸線經(jīng)過 0.3mm 孔徑過孔時，阻抗會出現(xiàn) ±10Ω 的突變;而 0.2mm 孔徑的過孔阻抗波動僅 ±5Ω。這種突變在高速信號傳輸中會產(chǎn)生嚴(yán)重反射 ——10GHz 信號經(jīng)過 0.4mm 孔徑過孔后，反射損耗會從 - 20dB 惡化至 - 12dB，相當(dāng)于 40% 的信號能量被反射回源端。

不同孔徑的阻抗補償方案差異顯著。對于 0.3mm 孔徑，PCB 批量廠家通常會將過孔周圍的傳輸線線寬縮減 10%(如從 5mil 減至 4.5mil)，通過降低傳輸線阻抗抵消過孔的高阻抗突變;而 0.2mm 孔徑僅需縮減 5%，補償難度明顯降低。某通信 PCB 批量廠家的實踐證明，經(jīng)過優(yōu)化的 0.2mm 孔徑過孔，能使 10GHz 信號的反射損耗控制在 - 25dB 以下，遠(yuǎn)優(yōu)于未補償?shù)?0.3mm 孔徑。

過孔焊盤尺寸與孔徑的匹配同樣關(guān)鍵。行業(yè)共識是焊盤直徑應(yīng)為孔徑的 2-2.5 倍，例如 0.2mm 孔徑搭配 0.4-0.5mm 焊盤，0.3mm 孔徑搭配 0.6-0.75mm 焊盤。PCB 批量廠家的仿真分析顯示，當(dāng)焊盤與孔徑比小于 1.5 倍時，阻抗突變會增加 50%，這是很多工程師容易忽視的細(xì)節(jié)。

在密集布線的高頻 PCB 中，過孔孔徑的大小直接影響信號間的串?dāng)_水平。PCB 批量廠家的串?dāng)_測試顯示，10GHz 信號通過 0.3mm 孔徑過孔時，與相鄰過孔的串?dāng)_比 0.2mm 孔徑高 8dB，這是因為大孔徑的電磁場分布范圍更廣，更容易與鄰近信號產(chǎn)生耦合。某高速 SerDes 總線 PCB 通過將過孔孔徑從 0.3mm 縮至 0.2mm，使串?dāng)_從 - 20dB 降至 - 28dB，滿足了 10Gbps 信號的傳輸要求。

過孔間距與孔徑的比例是串?dāng)_控制的關(guān)鍵。PCB 批量廠家的經(jīng)驗公式是：過孔間距≥5 倍孔徑，例如 0.2mm 孔徑的過孔間距需≥1mm，0.3mm 孔徑需≥1.5mm。當(dāng)這個比例小于 3 時，串?dāng)_會急劇增加 —— 某 PCB 批量廠家的測試顯示，0.3mm 孔徑按 0.8mm 間距排列時，串?dāng)_比 1.5mm 間距高 12dB，完全超出可接受范圍。

接地過孔的孔徑影響隔離效果。0.2mm 接地過孔比 0.3mm 孔徑的分布電容高 40%，能更有效地吸收泄漏的電磁能量，增強對相鄰信號的隔離。某 PCB 批量廠家在高速差分對之間布置 0.2mm 接地過孔(間距 0.5mm)，使串?dāng)_降低 15dB，遠(yuǎn)優(yōu)于 0.3mm 接地過孔的效果。

高頻孔徑優(yōu)化方案

針對不同速率的高頻信號，PCB 批量廠家總結(jié)出精準(zhǔn)的孔徑選擇方案：

5-10GHz 信號：推薦 0.2-0.25mm 孔徑，焊盤直徑 0.4-0.5mm，Stub 長度<0.5mm，配合 1 盎司銅箔和低損耗基材，可將反射損耗控制在 - 20dB 以下，插入損耗<1.5dB/cm。某 PCB 批量廠家為 5G 基站設(shè)計的該方案，使 6GHz 信號的眼圖張開度提升 30%。

10-28GHz 信號：必須采用 0.15-0.2mm 激光鉆孔，焊盤直徑 0.3-0.4mm，強制背鉆去除 Stub，銅箔厚度減至 1/2 盎司以減少導(dǎo)體損耗。測試顯示，這種方案能滿足 28GHz 信號的誤碼率要求(<1e-12)。

28GHz 以上信號：孔徑≤0.15mm，采用鍍銀工藝降低孔壁電阻，過孔間距≥3mm 避免串?dāng)_，同時在過孔周圍設(shè)置接地屏蔽環(huán)(0.3mm 寬，間隔 0.2mm)。某雷達(dá) PCB 批量廠家的方案使 77GHz 信號的傳輸損耗降低 3dB，滿足遠(yuǎn)距離探測需求。

批量生產(chǎn)提示：激光鉆孔的 0.15mm 孔徑良率對設(shè)備精度要求極高，PCB 批量廠家建議訂單量≥5000 塊時采用，小批量可放寬至 0.2mm 孔徑，平衡成本與性能。

1、阻抗不連續(xù)性

過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點。

一般過孔等效阻抗比傳輸線低約12%，會導(dǎo)致信號在通過過孔時阻抗減小，例如50歐姆傳輸線阻抗可能減小6歐姆。

阻抗不連續(xù)會造成輕微的信號反射，但其反射系數(shù)較小，通常為0.06左右。

2、寄生電容和電感

過孔的存在會增加額外的寄生電容和電感。

寄生電容隨著過孔尺寸的減小而減小，有利于高速電路的應(yīng)用。

過孔產(chǎn)生的寄生效應(yīng)可能對信號傳輸質(zhì)量造成影響，特別是在高頻信號傳輸時更為明顯。

3、成本與技術(shù)限制

過孔尺寸的減小會增加鉆孔成本，并受到鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制。

孔尺寸和深度的限制可能影響過孔的設(shè)計和布局，進(jìn)而影響信號傳輸路徑的優(yōu)化。

4、微孔技術(shù)的應(yīng)用

微孔技術(shù)允許過孔直接打在焊盤上，提高電路性能并節(jié)約了不限空間。

微孔的使用可減小寄生電容，有利于高速信號傳輸，但同時需要考慮工藝實現(xiàn)的可行性和成本。