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。03PCB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±2mil20/30±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。

大家好，我是王工。前段时间，有几个小伙伴问我，多层PCB印制电路板内部长什么样子啊？王工见过吗？新人对未知的事物都比较好奇，相信很多老人也没怎么看过里面的构造吧。王工就想着能够尽可能的满足大家，做一个多层PCB的拆解，然后顺便科普一下相关知识，本文主要从以下三个方面进行讲解。PCB的组成和概念PCB的内部结构及叠层设计多层PCB实物拆解1、PCB的组成和概念‌PCB也叫印制电路板，是英文Printed Circuit Board的首字母缩写。它主要是电子元器件的载体，通过导电铜箔+绝缘材料（如环氧树脂）把电路中的各个电子元器件连起来，建立一个完整的电气连接。图中这些名词都是基本的术语，不清楚的同学网上搜一下。有PCB板，你要实现电路功能的话，可能就得像下图的面包板一样，导线得一个个搭，简单的可能还可以工作，复杂的根本用不了，也无法焊接。2、PCB的内部结构及叠层设计‌在PCB设计过程中，可能会分很多层，也就是大家口中常说的几层板（叠层）。层数少，可能不利于走线；层数多，虽然走线方便，但是价格较贵。所以需要根据板子的尺寸、元件的个数以及EMC多方面进行考量，以求达到一个平衡点。确认好层数后，就需要确认具体每一层的信号网络，也就是信号网络的放置顺序。这里以4层板和6层板为例。四层板叠层方案：1、SIN01→GND02→PWR03→SIN042、SIN01→PWR02→GND03→SIN043、PWR01→SIN02→SIN03→GND04方案选取的依据是什么呢？这取决于我们主要的元器件放在顶层还是底层，GND层要靠近它，这样才能为器件提供完整的地平面，从而增强屏蔽干扰，保证信号的稳定性，所以方案1、2可取。方案3是把GND和电源分布在第一层和第四层，二、三层走线。但是我们一般会将元件放置在顶层和底层，这样就不能保证地平面的完整性了，信号走线也没有完整的参考平面，而且电源、地之间的距离较远，电源平面阻抗较大，总体来说，EMC屏蔽方面效果是比较差的，不可取。下面看看六层板的叠层方案：1、SIN01→GND02→SIN03→SIN04→PWR05→SIN062、SIN01→SIN02→GND03→PWR04→SIN05→SIN063、SIN01→GND02→SIN03→GND04→PWR05→SIN064、SIN01→GND02→SIN03→PWR04→GND05→SIN06通过上面四层板的分析，大家应该能够有基本的判断方案1、具有较多的信号层，有利于布线。但电源层和地层分隔较远，没有充分耦合，需要处理好电源分配网络的阻抗曲线，增加足够的去耦电容来降低阻抗。信号层之间直接相邻，隔离性不好，容易发生串扰，所以在布线的时候要注意相邻层要采用正交走线，避免平行走线。方案2、电源层和地层充分耦合，但信号层的相邻层也为信号层，容易发生串扰，且最外层距离地平面和电源平面太远，信号完整性可能会差些，所以最外层尽量走低频信号。方案3、相比前面两组，增加了一组地层，减少了一组信号层，其中第三层最好，两边都是地，高速信号优先走这一层。方案4、相比3，就是把电源和地层交换了位置，区别不是太大，电源和地两层紧密耦合，内层信号受到电源和地平面的保护，EMC方面会比较好。小结：在优先考虑信号的情况下，选择方案3和方案4会更优。但对大多数公司产品，成本才是大头，层数尽量少，通常会选择方案1，2来做层结构。3、多层PCB实物拆解王工尝试拆解，想给大家看看PCB实物内部的样子，奈何板子太硬，给干废了好几块，拍照出来也很丑。最后在网上找了一下，B站发现了一个博主的拆解视频。这是一个四层板把板子拆开后如下图箭头所示，每一层都做了标记，其中1/2和3/4之间的绝缘层比较薄（半固化片），2/3层之间有着比较厚的绝缘层（FR4芯板）。再看一个6层板把板子拆开后如下图箭头所示，每一层都做了标记。大家如果觉得不过瘾，可以看下原视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1wM411e7RQ/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=061c269f45dee93b48c593d7243a8f9e不知道大家在看这个视频的时候，有没有注意到一个细节：如下图，6层板采用的是嘉立创的盘中孔工艺，4层板采用的是普通工艺。1、焊盘对比四层板的焊盘是白色镀锡的；六层板的工艺是金黄色沉金的，焊盘平整，更有利于焊接。2、过孔对比四层板过孔很多，是为了方便走线；六层板采用的是盘中孔工艺，把过孔打在焊盘上，节省了很多空间，表面几乎看不到过孔，特别是主芯片周围的走线对比，地平面更完整，看起来也更加美观。据说现在6层板打样可以免费升级盘中孔工艺，而且免费升级2U''沉金工艺，不得不感叹：嘉立创YYDS。王工最后再啰嗦一句，其实很多工程师整天在办公室，去产线的机会很少，PCB是怎么做出来的，很多人其实是不清楚的，大家可以看看下面一篇文章（链接如下）：https://mp.weixin.qq.com/s/Y-e5XDtnMR5GcU4VPiY--w今天的文章就分享到这里了，咱们下期再见。#嘉立创PCB#