PCB過(guò)孔設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

【摘要】

在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，PCB過(guò)孔設(shè)計(jì)是經(jīng)常用到的一種方式，同時(shí)也是一個(gè)重要因素，但是過(guò)孔設(shè)計(jì)勢(shì)必會(huì)對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生一定的影響，尤其是對(duì)高速PCB設(shè)計(jì)。本文在參閱一些相關(guān)資料，及在設(shè)計(jì)過(guò)程中的心得，對(duì)過(guò)孔進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的分析，希望能作為硬件設(shè)計(jì)人員的參考。

一、問(wèn)題的提出

PCB過(guò)孔是PCB設(shè)計(jì)的重要組成部分，同時(shí)也是影響PCB性能的一個(gè)重要因素，多多了解了過(guò)孔的相關(guān)知識(shí)，對(duì)硬件開(kāi)發(fā)人員在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，尤其是對(duì)PCB最終的設(shè)計(jì)，有很大的幫助。

二、解決思路

通過(guò)了解和學(xué)習(xí)相關(guān)資料，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)過(guò)孔設(shè)計(jì)方法，加以在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的體會(huì)，總結(jié)了自己的一些理解，供讀者參考。

三、問(wèn)題分析

3.1 過(guò)孔的介紹及分類(lèi)

過(guò)孔是多層PCB設(shè)計(jì)的重要組成部分之一，過(guò)孔的費(fèi)用通常占PCB制板費(fèi)用的30%到40%。

一個(gè)過(guò)孔主要由三部分組成：

?孔;

?孔周?chē)暮副P(pán)區(qū);

?POWER 層隔離區(qū)。

過(guò)孔的工藝過(guò)程是在過(guò)孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤(pán)形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。過(guò)孔可以起到電氣連接，固定或定位器件的作用。如圖1 所示。

圖1過(guò)孔示意圖

過(guò)孔一般分為三類(lèi)，如圖2所示：?盲孔(blind via)：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(guò)一定的比率。

?埋孔(buried via)：位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會(huì)延伸到線路板的表面

?通孔(through via)：穿過(guò)整個(gè)線路板，可用于實(shí)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(shí)現(xiàn)，成本較低，所以一般印制電路板均使用通孔。

圖2 過(guò)孔的分類(lèi)

3.2 過(guò)孔的寄生電容

過(guò)孔本身存在著對(duì)地的寄生電容，其大小近似于：

C =1.41εTD1/(D2-D1)

?D2——過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑

?D1——過(guò)孔焊盤(pán)的直徑

?T ——PCB的厚度

?ε ——板材介電常數(shù)

過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間，降低了電路的速度，電容值越小則影響越小。

3.3過(guò)孔的寄生電感

過(guò)孔本身存在寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的作用，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。過(guò)孔的寄生電感近似于：

L=5.08h[ln(4h/d)+1]

?h——過(guò)孔的長(zhǎng)度?d——中心鉆孔的直徑從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小，而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。

3.4過(guò)孔的建議

通過(guò)上面對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析，我們可以看到，看似簡(jiǎn)單的過(guò)孔往往也會(huì)給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的負(fù)面效應(yīng)。為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，有以下幾點(diǎn)建議：

?POWER 隔離區(qū)越大越好，考慮PCB 上的過(guò)孔密度，一般為D1=D2+0.41;

?PCB 上的信號(hào)走線盡量不換層，也就是說(shuō)盡量減少過(guò)孔;

?使用較薄的PCB 有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù);

?電源和地的管腳要就近做過(guò)孔，過(guò)孔和管腳之間的引線越短越好，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致電感的增加。同時(shí)電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗;

?在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一些接地過(guò)孔，以便為信號(hào)提供短距離回路

同時(shí)，在高速PCB過(guò)孔設(shè)計(jì)中，也有幾種過(guò)孔優(yōu)化方式：

?刪除多余的PAD

?優(yōu)化Antipad

?Backdrill

四、總結(jié)

PCB過(guò)孔設(shè)計(jì)是PCB設(shè)計(jì)的重要組成部分，同時(shí)對(duì)信號(hào)完整性有著一定的影響，尤其是高速信號(hào)線。本文對(duì)PCB過(guò)孔、過(guò)孔的寄生特性做了簡(jiǎn)單介紹，并給出了一些建議，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要考慮成本、工藝能力、布線空間等因素，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該多與EDA人員、仿真的同事以及制板廠多溝通交流，通力合作設(shè)計(jì)出性能做好的單板。

審核編輯：湯梓紅

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