在現(xiàn)代電子設備中，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連接在一起。隨著電子設備的日益復雜，PCB的設計也變得更加精細和復雜。而在PCB的設計中，過孔(via)是不可或缺的元素，它在不同層之間傳輸信號和電源。合理設計過孔，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。本文將詳細講解PCB過孔的種類、功能以及設計中的注意事項。

PCB過孔是用于將不同層的銅箔線路連接起來的導電通道。通常為多層結構，常見的如雙層板、四層板，甚至可以達到幾十層。在這些層之間，過孔起到導電橋梁的作用。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設計中的一個重要知識點，特別是對高速多層PCB設計來說，過孔的設計需要引起工程師的重視。接下來一起來了解下PCB設計中的過孔知識。

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，它不會延伸到線路板的表面。

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，所以一般印制電路板均使用。

過孔的設計規(guī)則

綜合設計與生產(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。

貼片膠點涂或印刷區(qū)域內(nèi)不能有過孔。如采用貼片膠點涂或印刷工藝的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及以上的設計建議不要用到埋盲孔，成本會大幅度增加。

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 設計中，過孔的寄生電容和寄生電感對PCB設計的影響較小，對1-4層PCB 設計，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線(如電源線、地線、時鐘線等)可選用0.41mm/0.81mm/1.32mm 的過孔，也可根據(jù)實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現(xiàn)連接，在頻率低于1GHz時，過孔能起到一個很好的連接作用，其寄生電容、電感可以忽略。

當頻率高于1 GHz后，過孔的寄生效應對信號完整性的影響就不能忽略，此時過孔在傳輸路徑上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點，會產(chǎn)生信號的反射、延時、衰減等信號完整性問題。

當信號通過過孔傳輸至另外一層時，信號線的參考層同時也作為過孔信號的返回路徑，并且返回電流會通過電容耦合在參考層間流動，并引起地彈等問題。

高速PCB應如何設計過孔?

在高速PCB設計中，過孔將間接影響系統(tǒng)的正常運行，若是操作不當，將給電路設計帶來很大的負面效應：

①選擇適當?shù)倪^孔尺寸

對于多層PCB板設計來說，選擇0.25mm/0.51mm/0.91mm(鉆孔/ 焊盤/ POWER 隔離區(qū))過孔即可;

對于高密度的PCB板設計來說，選擇0.20mm/0.46mm/0.86mm 的過孔，也可以嘗試非穿導孔;

對于電源或地線的過孔設計來說，則可選擇較大的尺寸，以減小阻抗;

②PCB的信號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在信號換層的過孔附近配備接地過孔，便于為信號提供短距離回路;

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上的每一個孔洞均可被定義為過孔。

△ 過孔的分類

從工藝制程上細分，過孔通常可分為盲孔、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，并可能涉及多個內(nèi)層的重疊。通孔貫穿整個線路板，常用于內(nèi)部互連或元件安裝定位。由于通孔工藝相對簡單、成本較低，因此在實際應用中，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。

設計層面，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設計中的過孔尺寸△ 減小過孔尺寸的利弊

在高速且高密度的PCB設計過程中，減小過孔尺寸被視為理想選擇，因為小尺寸的過孔能為板上布線騰出更多空間，同時，其自身的寄生電容也會隨之減小，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的制約。例如，過小的孔徑會延長鉆孔時間，并增加偏離中心的風險;當孔深超過鉆孔直徑的6倍時，孔壁均勻鍍銅的保證將不復存在。

△ 微孔技術的進步

得益于激光鉆孔技術的進步，如今我們可以制作出直徑小于等于6Mil的微孔。在HDI(高密度互連結構)設計中，微孔技術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。