大家好，我是王工。

小小的过孔看起来不起眼，实则很有讲究，新手最容易翻车。之前，一个新同事在画DC/DC电源的时候，因为过孔没打好，板子回来调试发现电源带不起载，后来只有重新画板，如下是更新后的PCB图，一个12V转5V的DC/DC电源。



DC/DC电源建议lay板遵循以下参考设计原则，该打过孔的地方，一定不能省。


在PCB设计中，过孔看似只是一个小孔，却承载着信号、电源、地线的流通重任，它不仅是连接多层板的桥梁，更是影响电路性能的关键因素。


今天，我们就从一个“小小的过孔”说起，聊聊过孔的作用、种类，以及如何打好一个过孔。



01

过孔的作用和种类

过孔，简单来说，就是PCB板上用来连接不同层之间电气信号的小孔。从图片来看，过孔一般分为通孔，埋孔和盲孔。




1、通孔（Through Hole Via）

这是最常见的过孔类型，从顶层贯穿到底层，适合连接多层板。它的优点是结构简单、可靠性高，但缺点是占用空间大。


2、盲孔（Blind Via）

盲孔只从表层连接到内层，不会贯穿整个板子。它的优点是可以节省空间，适合高密度设计，但工艺复杂，成本较高，一般不用。


3、埋孔（Buried Via）

埋孔完全隐藏在PCB内部，只连接内层。它的优点是不占用表层空间，适合超复杂设计，但制作难度大，成本最高，一般不用。


4、盘中孔（Via in Pad）

这是一种“高级”过孔，直接将过孔打在焊盘上，来看一张嘉立创官网的图片，可以形象的解释。它的优点是节省空间、提高信号完整性，特别适合高密度、高速电路设计，但它的工艺要求极高。



看到这里，你可能会问：“既然盘中孔这么好，为什么大家不都用它？”

答案很简单：工艺难度大，普通工厂做不了。

但别急，后面我们会提到一家公司，他们的盘中孔工艺堪称一绝。



02

过孔容易引起的一些问题

咱们一般的电源或者单片机产品，不用过多考虑工作速度，其寄生电容、电感可以忽略。但高速信号，比如PCIE，DDR，HDMI等，过孔的寄生效应对信号完整性的影响就不能忽略。

高速信号中，引起过孔问题的主要原因是过孔产生的寄生电容和寄生电感。

寄生电容的计算，公式如下：

C 是过孔的寄生电容；

ε 是PCB板基材的介电常数（通常用FR-4，介电常数约为4.2 ~ 4.7）；

T 是PCB板的厚度（一般是1.6mm）；

D1 是过孔焊盘的直径；

D2 是过孔在铺地层上的隔离孔直径。

从公式可以看出，我们可以通过尽量减小过孔焊盘直径，适当增加过孔焊盘与地平面之间的隔离距离和尽量使用较薄的PCB板以减小寄生电容。


寄生电感计算，公式如下：

L 是过孔的电感；

h 是过孔的长度；

d 是中心钻孔的直径。

从公式可以看出，对过孔寄生电感影响最大的是过孔的长度，尽量使用较短的过孔以减小寄生电感，尽量将过孔放置在靠近信号源或电源引脚的位置，以减少引线长度和电感。


总之，过孔的寄生电容和寄生电感会延长信号的上升时间，同时引入了走线的阻抗，从而造成传输线上阻抗的不连续，就会产生一些列的问题，比如：反射，波形失真，信号完整性降低，甚至可能导致电路功能失效。





03

PCB过孔设计建议

过孔太大，会占用较多空间，也会增加寄生电容；过孔太小，会增加寄生电感，同时制造工艺难度加大，成本也会增加。

在高速PCB设计过程中，咱们从成本和信号质量两个方便考虑，推荐过孔型号有：

  • 10/20±2mil（10/18, 10/20, 10/22，一般情况）
  • 8/16±2mil（8/14, 8/16, 8/18，适合高密度的板子）



在信号线中打一次过孔影响不大，但是如果打的过孔次数过多，信号多次在层间进行切换，出问题的概率就会大大增加。所以，我们要求layout工程师，高速信号线优先走线，尽量少换层，少打过孔。



对于电源或地线的过孔，我们尽量选用较大尺寸，以减小回路中的阻抗。咱们常用的有以下两种（每个公司可能略有差异）：

  • 12/20±2mil
  • 20/30±2mil



还要注意以下几点：

1、当回路中电流流通能力不足时，计算过孔的流通能力，可多打几个过孔。

2、电源和地的管脚要就近打过孔，它们会导致寄生电感的增加，连线要尽量粗，以减少阻抗。

3、对关键信号，时钟线进行包地处理，并在信号线周围的敷铜地面上打过孔，对高频的性能会更好，也能有效抑制EMI。




04

有了盘中孔工艺，以上问题解决一半


通过以上分析，我们得出：


过孔的寄生电容和寄生电感是高速信号走线中的罪魁祸首，虽然我们可以通过更改过孔焊盘直径，长度，以及其它方式尽可能减小过孔对信号的影响，但是总体来说还不够好。


还有没有其它办法或生产工艺，能够更好的解决过孔对信号的影响呢？当然有，就是我上面所说嘉立创的盘中孔工艺，作为PCB行业的领先企业，嘉立创的盘中孔工艺堪称一绝。


嘉立创的盘中孔工艺是直接把过孔打在焊盘上，在孔内塞上树脂，烤干树脂磨平，然后进行电镀面铜，在焊盘上完全看不到孔，还可以避免传统工艺引起的漏锡问题。



那它是怎么来提高信号的完整性呢？

  • 在焊盘上打孔，减少了焊盘和过孔之间的引线，降低了寄生电容，从而减少信号上升时间的延迟，提高了信号的传输速度。


  • 在焊盘上打孔，消除了引线长度，减少了寄生电感，从而减少信号反射和延时，提高信号传输质量。


  • 在焊盘上打孔，节省了布线空间，使布局更加紧凑和优化，特别适合高密度设计。从而减少信号之间的串扰，提高整体电路性能和可靠性。


除了提高信号的完整性，在焊盘上打孔，还可以让板子整体看起来更加美观。以下来自嘉立创官网网友的晒单图片



盘中孔工艺的优点这么多，那它的价格如何呢？咱们对比几个比较大的板厂一起来看看，就拿63mmx72.5mm，6层核心板，打样5片为例：

A厂总价621元，无优惠。


B厂总价398元，我个人有50元的优惠券，券后价348元。



嘉立创总价274.65元，可以看到各项价格计算很细，用下单助手下单优惠51.35元，只需支付223.3元。



如果用嘉立创的券，可以免费打样


综上，嘉立创价格最低，真正做到了物美价廉，如果你想做6层及以上板子，建议你到嘉立创PCB去试试。

嘉立创PCB

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