PCB过孔

过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常

占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来，PCB上的每一个孔都

可以称之为过孔。

从作用上看，过孔可以分成两类：

一是用作各层间的电气连接；
二是用作器件的固定或定位。
如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲

孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。
盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，

用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过

一定的比率(孔径)。
埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线

路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通

孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内

层。
第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内

部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实

现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另

外两种过孔。以下所说的过孔，没有特殊说明的，均作为通孔

考虑。

从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是

中间的钻孔（drill hole）,二是钻孔周围的焊盘区，见下图

。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,

高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板

上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生

电容也越小，更适合用于高速电路。但孔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PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。

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T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容

大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)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。

三． 过孔的寄生电感同样，过孔存在寄生电容的同时也存在

着寄生电感，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，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。
从式中可以看出，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。
仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。
如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：

XL=πL/T10-90=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。

四． 高速PCB中的过孔设计通过上面对过孔寄生特性的分析，

我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会

给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应

带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：
1． 从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小

。比如对6-10层的内存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻

孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也

可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下，很难使用更

小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大

尺寸，以减小阻抗。
2． 上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于

减小过孔的两种寄生参数。
3． PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用

不必要的过孔。4． 电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管

脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电

源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。
5． 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号

提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接

地过孔。当然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模

型是每层均有焊盘的情况，也有的时候，我们可以将某些层的

焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下，可能

会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除

了移动过孔的位置，我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘

尺寸减小