過(guò)孔是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔成本通常占PCB制造成本的30%~40%。 簡(jiǎn)而言之，PCB上的每個(gè)孔都可以稱為過(guò)孔。

從功能的角度，過(guò)孔可以分為兩類：

一是用作層與層之間的電連接；

二是用于固定或定位裝置。

從工藝上來(lái)說(shuō)，這些過(guò)孔一般分為三類，即盲孔、埋孔和直通孔。

1、盲孔

它位于印制電路板的頂面和底面，并有一定的深度。 它用于連接表面線和下面的內(nèi)線。 孔的深度通常不超過(guò)一定的比例（孔徑）。

2、埋孔

是指印制電路板內(nèi)層的連接孔，不會(huì)延伸到印制電路板表面。 以上兩種孔位均位于電路板的內(nèi)層。 層壓前，采用通孔成型工藝完成過(guò)孔。 在孔形成過(guò)程中，多個(gè)內(nèi)層可以重疊。

3、通孔

該孔貫穿整個(gè)電路板，可用于內(nèi)部互連或作為元器件的安裝定位孔。

由于通孔在技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，成本也較低，因此大多數(shù)印制電路板都使用它來(lái)代替其他兩種通孔。 以下過(guò)孔，如無(wú)特殊說(shuō)明，均視為通孔。

從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，過(guò)孔主要由兩部分組成：一是中間的鉆孔，二是鉆孔周圍的焊盤(pán)區(qū)。 這兩部分的大小決定了過(guò)孔的大小。 顯然，EDA365電子論壇在設(shè)計(jì)高速高密度PCB時(shí)，和設(shè)計(jì)人員一樣，總是希望過(guò)孔越小越好，這樣可以在板子上留出更多的布線空間。 另外，過(guò)孔越小，其寄生電容越小，更適用于高速電路。 但是，孔徑的縮小也帶來(lái)了成本的增加，過(guò)孔的尺寸不可能無(wú)限制地縮小。 受鉆孔、電鍍等技術(shù)限制：孔越小，鉆孔時(shí)間越長(zhǎng)，越容易偏離中心； 而當(dāng)孔深超過(guò)鉆孔直徑的6倍時(shí)，就無(wú)法保證孔壁均勻鍍銅。

例如，如果一塊普通的6層PCB的厚度（通孔深度）為50Mil，那么在正常情況下，PCB廠家提供的孔徑只能達(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(lái)越小。 一般將直徑小于或等于6Mil的過(guò)孔稱為微孔。 HDI（高密度互連結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用微孔。 微孔技術(shù)可以讓過(guò)孔直接打在焊盤(pán)上（Via in pad），大大提高了電路性能，節(jié)省了布線空間。

傳輸線上的過(guò)孔表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會(huì)引起信號(hào)反射。 通常，過(guò)孔的等效阻抗比傳輸線的等效阻抗低約 12%。 例如，50歐姆的傳輸線在通過(guò)過(guò)孔時(shí)阻抗會(huì)降低6歐姆（具體與過(guò)孔的大小和板材的厚度有關(guān)，不是降低）。

但是過(guò)孔阻抗不連續(xù)引起的反射其實(shí)很小，其反射系數(shù)僅為：

（44-50）/（44+50）=0.06

過(guò)孔帶來(lái)的問(wèn)題更多集中在寄生電容和電感的影響上。

1.過(guò)孔的寄生電容

過(guò)孔本身對(duì)地有寄生電容。 若已知鋪裝過(guò)孔的隔離孔直徑為D2，過(guò)孔焊盤(pán)直徑為D1，PCB厚度為T，板基板的介電常數(shù)為ε，則 過(guò)孔的寄生電容近似于：

C=1.41 ε TD1/（D2-D1）

過(guò)孔的寄生電容主要通過(guò)延長(zhǎng)信號(hào)的上升時(shí)間和降低電路的速度來(lái)影響電路。

例如，對(duì)于厚度為50Mil的PCB，如果使用內(nèi)徑為10Mil、焊盤(pán)直徑為20Mil的過(guò)孔，焊盤(pán)與地銅區(qū)的距離為32Mil，我們可以近似計(jì)算出寄生 過(guò)孔的電容通過(guò)上面的公式：

C=1.41x4.4x0.050x0.020/（0.032-0.020）=0.517pF

這部分電容引起的上升時(shí)間變化為：

T10-90=2.2C（Z0/2）=2.2x0.517x（55/2）=31.28ps

從這些數(shù)值可以看出，雖然單個(gè)過(guò)孔的寄生電容引起的上升延遲的影響并不明顯，但EDA365電子論壇提醒設(shè)計(jì)人員慎重考慮是否重復(fù)使用過(guò)孔進(jìn)行布線中的層間切換。

2.過(guò)孔的寄生電感

同樣，過(guò)孔中也有寄生電容和寄生電感。 在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過(guò)孔的寄生電感往往比寄生電容帶來(lái)更大的危害。 其寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn)和整個(gè)供電系統(tǒng)的濾波效果。

我們可以使用以下公式簡(jiǎn)單地計(jì)算過(guò)孔近似值的寄生電感：

L=5.08h［ln（4h/d）+1］

其中L為過(guò)孔電感，h為過(guò)孔長(zhǎng)度，d為中心鉆孔直徑。 從公式可以看出，過(guò)孔直徑對(duì)電感的影響很小，而過(guò)孔的長(zhǎng)度對(duì)電感的影響很小。

使用上面的例子，我們可以計(jì)算過(guò)孔的電感如下：

L=5.08x0.050［ln（4x0.050/0.010）+1］=1.015nH

若信號(hào)上升時(shí)間為1ns，則等效阻抗為：

XL=πL/T10-90=3.19Ω

當(dāng)有高頻電流通過(guò)時(shí)，這種阻抗是不容忽視的。 特別是旁路電容在連接電源層和地層時(shí)需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)孔，過(guò)孔的寄生電感會(huì)成倍增加。

3. 高速PCB中的通孔設(shè)計(jì)

通過(guò)以上對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析，我們可以看出，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面影響。

為了減少過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，我們可以在設(shè)計(jì)中嘗試做到以下幾點(diǎn)：

A. 考慮成本和信號(hào)質(zhì)量，選擇合理尺寸的過(guò)孔。 例如，對(duì)于6-10層內(nèi)存模塊PCB設(shè)計(jì)，最好選擇10/20Mil（drilling/pad）vias。 對(duì)于一些高密度的小尺寸板，也可以嘗試使用8/18Mil的過(guò)孔。

在目前的技術(shù)條件下，很難使用更小的過(guò)孔。 對(duì)于電源或地線的過(guò)孔，可以考慮加大尺寸以降低阻抗。

B. 從上面討論的兩個(gè)公式可以得出結(jié)論，使用更薄的PCB有利于降低過(guò)孔的兩個(gè)寄生參數(shù)。

C. 電源和地的引腳應(yīng)就近打孔。 via和pin之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感增加。 同時(shí)，電源和地線要盡可能粗，以降低阻抗。

D.PCB上的信號(hào)走線盡量不換層，即盡量減少不必要的過(guò)孔。

E.在信號(hào)換層過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔，為信號(hào)提供近電路。 您甚至可以在 PCB 上放置大量冗余接地過(guò)孔。 當(dāng)然，設(shè)計(jì)也需要靈活。

上面討論的過(guò)孔模型是每層都有焊盤(pán)的情況。 有時(shí)，我們可以減少甚至移除某些層的焊盤(pán)。

尤其是當(dāng)過(guò)孔密度很大時(shí)，可能會(huì)在銅層中造成溝槽斷路。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，除了移動(dòng)過(guò)孔的位置外，我們還可以考慮減小過(guò)孔在銅層中的焊盤(pán)尺寸。

過(guò)孔的使用方法：通過(guò)以上對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析，我們可以看出，在高速PCB設(shè)計(jì)中，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔使用不當(dāng)，往往會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面影響。