PCB设计中的过孔

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1、一.过孔的承载电流PCB上的传输线铜箔，其厚度一般为1.2mil（30um）左右，而过孔内的铜箔厚度，一般都大于2mil，所以展开看，铜箔厚度大于传输线。而传输线打过孔时，传输线宽度一定会小于过孔直径，所以过孔的铜箔宽度也会显著的大于传输线宽度。对传输线铜箔而言，厚度为35um时，20mil线宽可通过电流是1.35A。因此，对于信号过孔，承载电流能力的瓶颈不在过孔上面，而是在传输线上面。对于电源过孔，一般的经验是1A对应一个过孔（Via10，Via12），如果以更安全的角度来看，一个（Via10，Via12）的过孔通过电流600mA是绝对安全的，一个（Via

2、20）的过孔通过电流1A是绝对安全的。二.过孔的寄生电容过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为H,板基材介电常数为ε,则：过孔的寄生电容大小公式为：（近似）C=1.41εHD1/(D2-D1)其中参数的单位是（H：inch,D1/D2：inch,计算结果单位pF）寄生电容引起的信号上升时间变量值公式：T（10％-90％）=2.2C(Z0/2)计算结果为ps.从计算公式可以看出：过孔的寄生电容与过孔内径无关，与板厚成正比，与过孔外径成正比。也就是说，过孔外径越大，寄生电容越大；板厚越大，寄

3、生电容越大；与地层的绝缘距离设的越大，寄生电容越小。过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50mil的PCB板，如果使用内径为10mil，焊盘直径为20mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄

4、生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，设计者还是要慎重考虑的。板厚，过孔尺寸(ε=4.2)过孔的寄生电容C板厚1.6mm（63mil），Via外径20mil，绝缘直径30mil0.746pF板厚1.6mm（63mil），Via外径30mil，绝缘直径40mil1.12pF板厚0.8mm（31mil），Via外径20mil，绝缘直径30mil0.373pF板厚1.6mm（63mil），Via外径30mil，绝缘直径40mil1.12pF表2.1典型过孔的寄生电容三.过孔的寄生电感过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感

5、，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08H[ln(4H/d)+1]其中L指过孔的电感（单位nH），H是过孔的长度(对通孔就是板的厚度，单位inch)，d是中心钻孔的直径(即过孔的内径，单位inch)。从计算公式可以看出：过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。过孔长度越大，寄生电感越大；过孔内径越小，寄生电感越大。板厚，过孔尺寸过孔的寄生电感L板厚1.6mm（63mil），

6、Via内径12mil1.29nH板厚1.6mm（63mil），Via内径20mil1.13nH板厚0.8mm（31mil），Via内径12mil0.525nH表3.1典型过孔的寄生电感如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T（10-90）=3.19Ω。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略。特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。板厚减小，过孔的寄生电容、寄生电感都会近似成比例减小。过孔内/外径越小，寄生电容越小，但寄生电感会略微增加。因此，对于高速信号，应该选用小过孔。但孔

7、尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔加工工艺越难，需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，现在正常的一块6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil左右，所以一般PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。建议普通设计中过孔不能小于8mil/18mil，通常可以选用12mil/20mil。C=1.41εHD1/(D2-D1)pF,L=5.08H[ln(4H/d)+1]nH.C(pF)延

8、时L(pF)延时总体影响基材介质ε(4.2)正比--