PCB的過孔設計不容小覷，尤其是高速PCB

目前，高速PCB設計廣泛應用于通信、計算機、圖形圖像處理等領域。所有高科技增值電子產品設計都追求低功耗、低電磁輻射、高可靠性、小型化、輕量化等特點。為了實現上述目標，過孔設計是高速PCB設計中的一個重要因素。

它由孔、孔周圍的焊盤區域和POWER層隔離區域組成。 一般分為盲孔、埋孔和通孔三類。 在PCB設計過程中，通過對過孔寄生電容和寄生電感的分析，總結出高速PCB過孔設計中的一些注意事項。

1. 通孔

過孔是多層PCB設計中的一個重要因素。 過孔主要由三部分組成：一是過孔；二是過孔。 第二個是孔周圍的焊盤區域； 第三個是POWER層隔離區。 過孔的工藝流程是通過化學沉積的方法，在過孔孔壁的圓柱面上鍍上一層金屬，以連接中間各層需要連接的銅箔。 過孔的上下兩側做成普通焊盤形狀，可以直接連接上下兩側的線路，也可以不連接。 通孔可以起到電連接、固定或定位裝置的作用。通孔一般分為三類：盲孔、埋孔和通孔。 

1）盲孔是指印制電路板的頂層和底層表面有一定深度，用于表層線路和下面的內層線路的連接。孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。

2）預埋孔是指位于印制電路板內層的連接孔，不會延伸到印制電路板表面。盲孔和埋孔都位于電路板的內層。在層壓之前，采用通孔成型工藝來完成。 在形成通孔的過程中，多個內層可能會重疊。

3）通孔，貫穿整個電路板，可用于內部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上較容易實現且成本較低，所以一般用于印刷電路板。

2.過孔的寄生電容

過孔本身具有對地寄生電容。假設底板上過孔的隔離孔徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB的厚度為T，板基板的介電常數為ε，則過孔的寄生電容為 近似于：

C=1.41εTD1/（D2-D1）

過孔的寄生電容主要會通過延長信號的上升時間、降低電路的速度來影響電路。 電容越小，影響越小。

3.過孔的寄生電感

過孔中存在寄生電感。 在高速數字電路設計中，過孔的寄生電感往往帶來的危害比寄生電容更大。 過孔的寄生串聯電感會削弱旁路電容的作用以及整個電源系統的濾波效果。 若L為過孔的電感，h為過孔的長度，d為中心鉆孔的直徑，則過孔的寄生電感約為L=5.08h[ln(4h/d)+1]。從公式可以看出，過孔直徑對電感影響不大，而過孔長度對電感影響最大。

4.無導向孔技術

非導孔包括盲孔和埋孔。 在非通孔技術中，盲孔和埋孔的應用可以大大減小PCB的尺寸和質量，減少層數，提高電磁兼容性，增加電子產品的特性，降低成本，也使設計 更容易、更快。 在傳統的PCB設計加工中，通孔會帶來很多問題。 首先，它們占據了大量的有效空間。 其次，大量的過孔密集分布，這也給多層PCB內層的走線造成了巨大的障礙。 這些通孔占據了布線所需的空間。 它們密集地穿過電源層和地層的表面，也會破壞電源層和地層的阻抗特性，使電源層和地層失效。 而常規機械鉆孔將是非導向鉆孔的20倍。

在PCB設計中，雖然焊盤和過孔的尺寸逐漸減小，但如果板層厚度不按比例減小，則通孔的深寬比將會增大，而通孔的深寬比的增大 會降低可靠性。 隨著先進激光打孔技術和等離子干法刻蝕技術的成熟，非穿透性小盲孔和小型埋孔的應用成為可能。 如果這些非穿透性導孔的孔徑為0.3mm，則寄生參數約為原來常規孔的1/10，提高了PCB的可靠性。

由于采用非通孔技術，PCB上將很少有大的通孔，可以為布線提供更多的空間。 剩余空間可用于大面積屏蔽，以提高EMI/RFI性能。 同時，更多的剩余空間還可以用于內層部分屏蔽器件和關鍵網線，使其具有最佳的電氣性能。 采用非導孔，更容易扇出器件引腳，方便高密度引腳器件（如BGA封裝器件）的走線，縮短布線長度，滿足高速電路的時序要求 。

5. 常見PCB中過孔的選擇

一般PCB設計中，過孔的寄生電容和電感對PCB設計影響不大。 對于1-4層PCB設計，一般首選0.36mm/0.61mm/1.02mm（鉆孔/焊盤/POWER隔離區）過孔。 一些有特殊要求的信號線（如電源線、地線、時鐘線等）可以根據實際情況選擇0.41mm/0.81mm/1.32mm過孔，或其他過孔。

6. 高速PCB中的通孔設計

通過以上對過孔寄生特性的分析，我們可以看出，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往會給電路設計帶來很大的負面影響。 為了減少過孔寄生效應帶來的不利影響，設計中可采取以下措施：

(1)選擇合理的通孔尺寸。 對于一般密度的多層PCB設計，最好選擇0.25mm/0.51mm/0.91mm（鉆孔/焊盤/POWER隔離區）過孔； 對于一些高密度PCB，也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm過孔，也可以使用非通孔； 對于電源或地線的過孔，可以考慮較大尺寸，以降低阻抗；

(2) POWER隔離面積越大越好。 考慮到PCB上的過孔密度，一般為D1=D2+0.41；

(3)PCB上的信號走線盡量不要換層，即盡量減少過孔；

(4)采用更薄的PCB有利于降低過孔的兩個寄生參數；

(5)電源和地的引腳應靠近過孔，過孔與引腳之間的引線應盡可能短，因為它們會導致電感增加。同時，電源和地線應盡可能粗，以降低阻抗；

(6) 在信號層變化過孔附近放置一些接地過孔，為信號提供短距離回路。

當然，設計時還需要具體問題具體分析。綜合考慮成本和信號質量，設計高速PCB時，設計者總是希望過孔越小越好，這樣可以在板上留下更多的布線空間。另外，過孔越小，其寄生電容也越小，更適合高速電路。在高密度PCB的設計中，非導孔的使用以及過孔尺寸的減小也帶來了成本的增加。另外，過孔的尺寸不能無限制地減小。受到PCB制造商鉆孔和電鍍技術的限制。因此，高速PCB的過孔設計應綜合考慮。