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(fèi)用通常占PCB 制板費(fèi)用的30%到40%。簡(jiǎn)單的說來，PCB 上的每一個(gè)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(huì)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(huì)重疊做好幾個(gè)內(nèi)層。

第三種稱為通孔，這種孔穿過整個(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(shè)計(jì)的角度來看，一個(gè)過孔主要由兩個(gè)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(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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(shí)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(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，也越容易偏離中心位置;且當(dāng)孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時(shí)，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(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(shè)計(jì)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(diǎn)，會(huì)造成信號(hào)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(shí)阻抗會(huì)減小6 歐姆(具體和過孔的尺寸，板厚也有關(guān)，不是絕對(duì)減小)。但過孔因?yàn)樽杩共贿B續(xù)而造成的反射其實(shí)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(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，但過孔若是處理不當(dāng)，很有可能對(duì)高頻信號(hào)傳輸產(chǎn)生不良影響，所以工程師在設(shè)計(jì)高頻電路時(shí)，若是要用到過孔，需要知道以下的知識(shí)。

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(huì)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(gè)線路板，它的功能是用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔，由于通孔在個(gè)以上更容易實(shí)現(xiàn)，且成本較低，所以很多電路板會(huì)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(shè)計(jì)時(shí)，國控越小越好，因?yàn)榭梢粤舫龈嗟牟季€空間，而且自身寄生電容更小。

同時(shí)呢，過孔的設(shè)置也要注意以下幾方面：

電感和電容： 過孔的存在會(huì)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(hào)傳輸中會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。電感會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的延遲，而電容則會(huì)降低信號(hào)的帶寬。

串?dāng)_和反射： 過孔可以導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_和反射。串?dāng)_是因?yàn)樾盘?hào)在過孔附近的地區(qū)傳播，可能干擾其他信號(hào)線。反射是因?yàn)樾盘?hào)在過孔處會(huì)部分反射回去，引起波形失真。

阻抗匹配： 過孔的存在會(huì)改變信號(hào)線的阻抗。在高頻電路中，阻抗匹配非常重要，因?yàn)椴黄ヅ涞淖杩箷?huì)導(dǎo)致信號(hào)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(huì)破壞阻抗匹配。

損耗： 過孔的存在還會(huì)引入信號(hào)的額外損耗。這種損耗可能不明顯，但在高頻應(yīng)用中需要仔細(xì)考慮。

布局和設(shè)計(jì)： 考慮過孔的位置和布局對(duì)于減小其影響至關(guān)重要。合理的布局可以減小串?dāng)_和反射，同時(shí)確保信號(hào)線的阻抗匹配。