過孔(Via)寄生參數(shù)指的是在PCB電路板中通過層與層間進行信號傳輸或連接電路元件時所使用的通孔。過孔對高頻信號傳輸?shù)挠绊懼饕w現(xiàn)在信號損耗、阻抗突變和反射損耗三個方面，具體影響與孔徑大小密切相關(guān)：

信號損耗

在高頻頻段(如28GHz)，孔徑越大，信號損耗越明顯。例如，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。大孔徑導致孔壁銅層電流路徑更長，趨膚效應增強，同時與周圍介質(zhì)的電磁耦合更強，介質(zhì)損耗也隨之上升。采用0.15mm激光孔可降低損耗1.8dB。 ?

阻抗突變

孔徑直接影響阻抗連續(xù)性。例如，50Ω傳輸線經(jīng)過0.3mm孔徑過孔時，阻抗會出現(xiàn)±10Ω突變;而0.2mm孔徑的阻抗波動僅±5Ω。這種突變會導致40%的信號能量反射回源端，惡化傳輸質(zhì)量。 ?

諧振效應

未去除的過孔殘留段(Stub)會形成諧振腔，導致?lián)p耗驟增。例如，0.4mm孔徑的Stub在8GHz產(chǎn)生諧振峰;而0.2mm孔徑的諧振峰出現(xiàn)在15GHz，覆蓋更多高頻場景。采用背鉆工藝去除Stub并控制殘留長度≤0.3mm，可使諧振峰衰減10dB以上。 ?

基材差異

低損耗基材(如Rogers 4350)可弱化孔徑帶來的損耗差異。例如，0.3mm與0.2mm孔徑的損耗差異比普通FR-4基材小30%。 ?

補償方案

?阻抗補償?：通過縮小過孔周圍傳輸線線寬(如從5mil減至4.5mil)或添加接地過孔改善回流通道。 ?

?工藝優(yōu)化?：采用背鉆工藝去除Stub，配合0.2mm孔徑實現(xiàn)更優(yōu)高頻性能。

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設計時，設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多層板設計中被廣泛應用，但過孔若是處理不當，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。電感會導致信號的延遲，而電容則會降低信號的帶寬。

串擾和反射： 過孔可以導致信號串擾和反射。串擾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，但在高頻應用中需要仔細考慮。

布局和設計： 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擾和反射，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，趨膚效應導致的導體損耗增加;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 毫米波雷達設計的 0.15mm 激光孔，使信號傳輸損耗降低 1.8dB，遠超設計預期。

過孔的 “Stub 效應” 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節(jié)。

信號串擾：孔徑影響 “高頻信號的隔離度”

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擾水平。PCB 批量廠家的串擾測試顯示，10GHz 信號通過 0.3mm 孔徑過孔時，與相鄰過孔的串擾比 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，使串擾從 - 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擾控制的關(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。當這個比例小于 3 時，串擾會急劇增加 —— 某 PCB 批量廠家的測試顯示，0.3mm 孔徑按 0.8mm 間距排列時，串擾比 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)，使串擾降低 15dB，遠優(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 避免串擾，同時在過孔周圍設置接地屏蔽環(huán)(0.3mm 寬，間隔 0.2mm)。某雷達 PCB 批量廠家的方案使 77GHz 信號的傳輸損耗降低 3dB，滿足遠距離探測需求。

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用。

過孔產(chǎn)生的寄生效應可能對信號傳輸質(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計和布局，進而影響信號傳輸路徑的優(yōu)化。

4、微孔技術(shù)的應用

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。