PCB via设计技能共享
过孔是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔成本通常占PCB制造成本的30%~40%。 简单地说，PCB上的每个孔都可以称为过孔。 从功能上看，过孔可分为两类：一类用于层间电连接； 另一种用于固定或定位装置。 在工艺上，过孔一般分为三类，即盲孔、埋孔和通孔。
盲孔位于印刷电路板的顶面和底面，具有一定的深度。它们用于连接表面线和下面的内线。孔的深度通常不超过一定的比例（孔径）。埋孔是指位于印刷电路板内层的连接孔，不延伸到电路板表面。上述两类孔位于电路板的内层，在贴合前通过过孔形成工艺完成，在过孔形成过程中，可以有多个内层重叠。第三种称为通孔，贯穿整个电路板，可用于内部互连或作为元件安装定位孔。由于通孔在工艺上更容易实现，成本也较低，所以在大多数印刷电路板中都采用了通孔，而不是其他两种通孔。以下提及的过孔，除非另有说明，均视为过孔。
1、从设计上看，一个via主要由两部分组成，一个是中间的钻孔，另一个是钻孔周围的焊盘区域。这两个部分的大小决定了过孔的大小。显然，在高速、高密度的PCB设计中，设计人员总是希望过孔越小越好，这样可以在板上留出更多的布线空间。此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越大。越小越适合高速电路。但是，孔尺寸的减小也带来了成本的增加，过孔尺寸不能无限减小。受到钻孔、电镀等工艺技术的限制：孔越小，钻孔越多，孔越长，越容易偏离中心位置；当孔深超过钻孔直径的6倍时，不能保证孔壁能均匀镀铜。比如普通的6层PCB板的厚度（通孔深度）在50Mil左右，所以PCB厂商能提供的最小钻孔直径只能达到8Mil。
其次，过孔的寄生电容本身对地有寄生电容。如果已知过孔地层上隔离孔的直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基板的介电常数为ε，而过孔的寄生电容约为：C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容对电路的主要作用是延长信号的上升时间，降低电路的速度。例如，对于厚度为 50Mil 的 PCB，如果使用内径为 10Mil，焊盘直径为 20Mil 的过孔，而焊盘与地铜区域的距离为 32Mil，那么我们可以近似该过孔用上式计算寄生电容大致为：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化为：T10-90=2.2C( Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，虽然单个过孔的寄生电容带来的上升延迟的影响并不明显，但如果在走线中多次使用过孔进行层间切换，设计者还是应该考虑小心。
3. 过孔的寄生电感 同样，过孔中存在寄生电感和寄生电容。在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感造成的破坏往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，削弱整个电力系统的滤波效果。我们可以用下面的公式简单地计算一个过孔的近似寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中L是指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心孔的直径。从公式可以看出，过孔的直径对电感的影响很小，过孔的长度对电感的影响最大。仍然使用上面的例子，过孔的电感可以计算为：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。如果信号的上升时间为1ns，则其等效阻抗为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。当高频电流通过时，这样的阻抗就不能再忽略了。需要特别注意的是，旁路电容在连接电源层和地层时需要经过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会翻倍。
4.高速PCB的过孔设计。通过以上对过孔寄生特性的分析，我们可见在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往会给电路设计带来很大的负面影响。影响。为了减少过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到以下几点：
1、从成本和信号质量两个方面，选择合理尺寸的过孔。例如，对于 6-10 层内存模块 PCB 设计，最好使用 10/20Mil（钻孔/焊盘）过孔。对于一些高密度的小尺寸板子，也可以尝试使用8/18Mil。洞。在目前的技术条件下，很难使用更小的过孔。对于电源或接地过孔，您可以考虑使用更大的尺寸来降低阻抗。
2、上面讨论的两个公式可以得出结论，使用更薄的PCB有利于降低过孔的两个寄生参数。
3、尽量不要改变PCB板上信号走线的层数，也就是尽量不要使用不必要的过孔。
4、电源和接地引脚要就近钻孔，过孔和引脚之间的引线尽量短，因为它们会增加电感。同时，电源线和地线要尽可能粗，以降低阻抗。
5. 在信号层的过孔附近放置一些接地过孔，为信号提供最近的环路。甚至可以在 PCB 板上放置大量冗余的接地过孔。当然，设计需要灵活。前面讨论的过孔模型是每层都有焊盘的情况。有时，我们可以减少甚至去掉某些层的焊盘。特别是当过孔密度很高时，可能会导致在铜层中形成将环路分开的断槽。为了解决这个问题，除了移动过孔的位置，我们还可以考虑将过孔放置在铜层上。焊盘尺寸减小。
盲孔位于印刷电路板的顶面和底面，具有一定的深度。它们用于连接表面线和下面的内线。孔的深度通常不超过一定的比例（孔径）。埋孔是指位于印刷电路板内层的连接孔，不延伸到电路板表面。上述两类孔位于电路板的内层，在贴合前通过过孔形成工艺完成，在过孔形成过程中，可以有多个内层重叠。第三种称为通孔，贯穿整个电路板，可用于内部互连或作为元件安装定位孔。由于通孔在工艺上更容易实现，成本也较低，所以在大多数印刷电路板中都采用了通孔，而不是其他两种通孔。以下提及的过孔，除非另有说明，均视为过孔。
1、从设计上看，一个via主要由两部分组成，一个是中间的钻孔，另一个是钻孔周围的焊盘区域。这两个部分的大小决定了过孔的大小。显然，在高速、高密度的PCB设计中，设计人员总是希望过孔越小越好，这样可以在板上留出更多的布线空间。此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越大。越小越适合高速电路。但是，孔尺寸的减小也带来了成本的增加，过孔尺寸不能无限减小。受到钻孔、电镀等工艺技术的限制：孔越小，钻孔越多，孔越长，越容易偏离中心位置；当孔深超过钻孔直径的6倍时，不能保证孔壁能均匀镀铜。比如普通的6层PCB板的厚度（通孔深度）在50Mil左右，所以PCB厂商能提供的最小钻孔直径只能达到8Mil。
其次，过孔的寄生电容本身对地有寄生电容。如果已知过孔地层上隔离孔的直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T，板基板的介电常数为ε，而过孔的寄生电容约为：C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容对电路的主要作用是延长信号的上升时间，降低电路的速度。例如，对于厚度为 50Mil 的 PCB，如果使用内径为 10Mil，焊盘直径为 20Mil 的过孔，而焊盘与地铜区域的距离为 32Mil，那么我们可以近似该过孔用上式计算寄生电容大致为：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化为：T10-90=2.2C( Z0/2)=2.2 x0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，虽然单个过孔的寄生电容带来的上升延迟的影响并不明显，但如果在走线中多次使用过孔进行层间切换，设计者还是应该考虑小心。
3. 过孔的寄生电感 同样，过孔中存在寄生电感和寄生电容。在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感造成的破坏往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，削弱整个电力系统的滤波效果。我们可以用下面的公式简单地计算一个过孔的近似寄生电感： L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中L是指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心孔的直径。从公式可以看出，过孔的直径对电感的影响很小，过孔的长度对电感的影响最大。仍然使用上面的例子，过孔的电感可以计算为：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。如果信号的上升时间为1ns，则其等效阻抗为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。当高频电流通过时，这样的阻抗就不能再忽略了。需要特别注意的是，旁路电容在连接电源层和地层时需要经过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会翻倍。
4.高速PCB的过孔设计。通过以上对过孔寄生特性的分析，我们可见在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往会给电路设计带来很大的负面影响。影响。为了减少过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到以下几点：
1、从成本和信号质量两个方面，选择合理尺寸的过孔。例如，对于 6-10 层内存模块 PCB 设计，最好使用 10/20Mil（钻孔/焊盘）过孔。对于一些高密度的小尺寸板子，也可以尝试使用8/18Mil。洞。在目前的技术条件下，很难使用更小的过孔。对于电源或接地过孔，您可以考虑使用更大的尺寸来降低阻抗。
2、上面讨论的两个公式可以得出结论，使用更薄的PCB有利于降低过孔的两个寄生参数。
3、尽量不要改变PCB板上信号走线的层数，也就是尽量不要使用不必要的过孔。
4、电源和接地引脚要就近钻孔，过孔和引脚之间的引线尽量短，因为它们会增加电感。同时，电源线和地线要尽可能粗，以降低阻抗。
5. 在信号层的过孔附近放置一些接地过孔，为信号提供最近的环路。甚至可以在 PCB 板上放置大量冗余的接地过孔。当然，设计需要灵活。前面讨论的过孔模型是每层都有焊盘的情况。有时，我们可以减少甚至去掉某些层的焊盘。特别是当过孔密度很高时，可能会导致在铜层中形成将环路分开的断槽。为了解决这个问题，除了移动过孔的位置，我们还可以考虑将过孔放置在铜层上。焊盘尺寸减小。