關(guān)于PCB過(guò)孔設(shè)計(jì)的這些知識(shí)，你都掌握了嗎？

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，印刷電路板（PCB）是核心組成部分，它承載著各種電子元器件并將它們通過(guò)電氣信號(hào)連接在一起。隨著電子設(shè)備的日益復(fù)雜，PCB的設(shè)計(jì)也變得更加精細(xì)和復(fù)雜。而在PCB的設(shè)計(jì)中，過(guò)孔（via）是不可或缺的元素，它在不同層之間傳輸信號(hào)和電源。合理設(shè)計(jì)過(guò)孔，不僅能夠提升PCB的電氣性能，還能夠降低生產(chǎn)成本，避免潛在的制造和使用問(wèn)題。本文將詳細(xì)講解PCB過(guò)孔的種類、功能以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。
一、什么是PCB過(guò)孔？PCB過(guò)孔是用于將不同層的銅箔線路連接起來(lái)的導(dǎo)電通道。通常為多層結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的如雙層板、四層板，甚至可以達(dá)到幾十層。在這些層之間，過(guò)孔起到導(dǎo)電橋梁的作用。它是通過(guò)在電路板上鉆孔，再在孔壁上鍍銅而形成的導(dǎo)電通道。過(guò)孔的形狀可以是圓形、橢圓形等，但最常見(jiàn)的是圓形。

, n3 X+ ~" N1 l( C在PCB制造過(guò)程中，先開(kāi)料，即利用自動(dòng)開(kāi)料機(jī)將大尺寸的覆銅板切割成符合生產(chǎn)需求的特定規(guī)格基材。
4 A5 p% ?5 F1 y- `  f
然后，用數(shù)控鉆孔機(jī)在覆銅板上預(yù)定的位置精確鉆出孔。由于鉆頭是圓形的，所以無(wú)法鉆出方形的孔。

- H: D+ l. Z5 T% w. P+ g7 Q打個(gè)比方，把一個(gè)圓形乒乓球放在直角墻角，球體圓弧與直角會(huì)存在一定的間距，稱作“R角”。
9 T6 f4 K: O8 ?8 A8 a/ w+ w: b
如果是槽孔，最小鉆刀規(guī)格為0.65mm，這適合用來(lái)加工金屬化槽孔；最小槽孔鑼刀為1.0mm，適用于加工非金屬化鑼槽。
4 D0 H4 N% d5 }1 c所以，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，過(guò)孔不能設(shè)計(jì)成任意大小。
二、PCB過(guò)孔的種類根據(jù)結(jié)構(gòu)和位置的不同，過(guò)孔可以分為以下幾種：
1. 通孔（Through-hole Via）通孔是pcb設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的一種過(guò)孔類型，它貫穿了整個(gè)PCB的厚度，從最上層的銅箔一直延伸到最底層的銅箔。通孔不僅用于信號(hào)層間的連接，也常常用于電源層和接地層的連接。由于它貫穿所有層，因此制造成本較低，且工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。


/ {" l/ _. e; Q1 c" C- a5 m

9 C# ]4 O6 f. z# M& C" A2. 盲孔（Blind Via）盲孔是一種只連接PCB表面層和中間某一層的過(guò)孔，它并不貫穿整個(gè)PCB。因此，盲孔在多層板設(shè)計(jì)中非常實(shí)用，特別是在高密度互連（HDI）設(shè)計(jì)中可以節(jié)省空間。不過(guò)，由于盲孔的鉆孔工藝更加復(fù)雜，因此相對(duì)于通孔成本更高。
% t8 F% z( Q. Y9 k% V) O
/ M! l2 N; a5 D$ ^0 K3 w3. 埋孔（Buried Via）埋孔與盲孔相似，但不同之處在于埋孔完全位于PCB的內(nèi)部層，外部看不到。它通常用于中間層信號(hào)的連接，主要用于高密度和高層數(shù)PCB的設(shè)計(jì)。由于埋孔的制造過(guò)程要求更高的精度，因此它的成本也高于通孔。

4.微孔（Micro Via）微孔是一種孔徑非常小的過(guò)孔，直徑通常小于0.15毫米。它多用于高密度板（HDI）中，用于減小PCB面積和提升信號(hào)傳輸速度。微孔往往通過(guò)激光鉆孔工藝完成，成本相對(duì)較高。
# S; r" W, n/ c( a% L. z: Y
2 i  T* J' D3 ^* J  j6 r( Y
5 y/ x, Y1 B# `0 [
三、PCB過(guò)孔的作用過(guò)孔在PCB中主要有以下幾個(gè)作用：
1. 電氣連接過(guò)孔最核心的功能就是電氣連接，它將不同層的信號(hào)通過(guò)過(guò)孔進(jìn)行傳遞，確保電子元件之間的電氣連接。特別是在多層PCB中，過(guò)孔是不同層之間的“電氣橋梁”。
* t+ J) R7 t( F$ n# ?0 U* l
% t( S+ }+ n0 Y  w+ ^2 h2. 電源和接地層的連接在多層PCB設(shè)計(jì)中，通常有專門的電源層和接地層。通過(guò)過(guò)孔，可以將電源和接地層之間連接起來(lái)，從而使得整個(gè)電路的電源供應(yīng)更加穩(wěn)定，減小了電源噪聲和干擾。
3. 散熱功能在某些功率較高的電路中，過(guò)孔還可以起到散熱的作用。通過(guò)將熱量從PCB的元器件層傳導(dǎo)到散熱層或外部散熱器，過(guò)孔能夠有效地幫助降低PCB的整體溫度，保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

* k3 M4 b  S( j關(guān)于過(guò)孔的承載電流值，這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值供大家參考。在25℃的環(huán)境下，允許溫升10℃，不同過(guò)孔與推薦最大電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系:
- N7 y; D- \: a: U- _# A過(guò)孔孔徑電流推薦值(A)10mil112mil1.216mil1.420mil1.524mil1.640mil2.380mil3.6這些數(shù)值僅為粗略估算，實(shí)際設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮其他因素如散熱、工作溫度、PCB布局等。
四、PCB過(guò)孔的設(shè)計(jì)考量在實(shí)際設(shè)計(jì)中，過(guò)孔的設(shè)計(jì)需要考慮到多個(gè)因素，包括機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能以及制造工藝等。以下是一些主要的設(shè)計(jì)考量。
1. 過(guò)孔的尺寸選擇過(guò)孔的直徑和焊盤(pán)尺寸需要根據(jù)信號(hào)類型、電流強(qiáng)度等因素來(lái)確定。較大的過(guò)孔有更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和電流承載能力，但占據(jù)空間更多。較小的過(guò)孔則適用于高密度設(shè)計(jì)，但會(huì)增加制造難度和成本。
關(guān)于小孔
' r+ @- T: g: t6 [, _# F/ k多大的孔稱為小孔？從PCB制造角度來(lái)說(shuō)，0.3mm為分界點(diǎn)，小于0.3mm的孔被稱為小孔。
  T* F6 P* C5 _8 Y$ U) ^! t過(guò)孔越小，越難加工，尤其是過(guò)孔大小接近工藝極限時(shí)。
. ~  Y5 ]! _; k4 \, z1 ~! \4 I因此，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將過(guò)孔尺寸設(shè)計(jì)為大于0.3mm，以確保加工效率和降低成本。只有在空間受限的情況下，才考慮使用小孔。
' T  O* A7 T! }6 F6 U0 t! B6 n# d8 w外徑尺寸的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)導(dǎo)通孔或焊接孔時(shí)，需要考慮內(nèi)徑和外徑的尺寸要求。這些參數(shù)直接影響PCB的制造工藝。
8 G% j: H! P+ x# N; e2 p


合理設(shè)計(jì)焊環(huán)尺寸并考慮制造公差，對(duì)于保證PCB的質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要，一般設(shè)計(jì)的時(shí)候，過(guò)孔焊盤(pán)與孔徑的可設(shè)計(jì)為2n+2，也就是過(guò)孔直徑為10mil，焊盤(pán)可設(shè)計(jì)為22mil,這個(gè)不固定，大家根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)即可。
: ^9 s: v" @1 j2 K' ~2. 信號(hào)完整性在高速電路中，過(guò)孔會(huì)影響信號(hào)的完整性。過(guò)孔的寄生電感和寄生電容可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射、阻抗失配，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)失真。因此，在高速設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要優(yōu)化過(guò)孔的數(shù)量、位置和尺寸，以減少這些負(fù)面影響。
$ ~0 A; L9 W/ t3. 層疊結(jié)構(gòu)的選擇在多層PCB設(shè)計(jì)中，過(guò)孔的層疊結(jié)構(gòu)也需要特別考慮。設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)盡量將盲孔和埋孔的使用控制在必要的范圍內(nèi)，避免過(guò)度使用導(dǎo)致生產(chǎn)復(fù)雜化和成本上升。同時(shí)，合理安排電源層和接地層的位置，以確保過(guò)孔的電氣性能。
. R/ q0 w8 _" T( V9 w  e' O4. 熱量管理對(duì)于高功率的電路設(shè)計(jì)，過(guò)孔的散熱功能非常重要。通過(guò)合理的過(guò)孔布局和數(shù)量，可以有效地將熱量導(dǎo)出電路板，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。特別是在功率放大器或LED照明設(shè)計(jì)中，散熱過(guò)孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
5. 制造工藝限制不同的過(guò)孔設(shè)計(jì)對(duì)制造工藝有不同的要求。例如，微孔由于孔徑較小，需要更高精度的鉆孔設(shè)備和鍍銅工藝。設(shè)計(jì)者需要考慮到制造商的設(shè)備能力，避免設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜的過(guò)孔結(jié)構(gòu)，以免增加生產(chǎn)難度和成本。
9 Q* A, H: A. ?$ a
五、過(guò)孔設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題在實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，過(guò)孔的設(shè)計(jì)可能會(huì)遇到以下問(wèn)題：
1. 過(guò)孔堵塞在PCB制造過(guò)程中，如果過(guò)孔中的雜質(zhì)沒(méi)有清理干凈，可能會(huì)導(dǎo)致電鍍不均勻，進(jìn)而影響過(guò)孔的導(dǎo)電性。這種情況下，過(guò)孔可能會(huì)堵塞或電氣性能不佳，影響整個(gè)電路的正常工作。
2. 信號(hào)反射高速信號(hào)在經(jīng)過(guò)過(guò)孔時(shí)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射。為了避免這種情況，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)調(diào)整過(guò)孔的數(shù)量、優(yōu)化阻抗匹配等手段來(lái)減少信號(hào)失真。
3. 熱膨脹問(wèn)題在高溫工作環(huán)境下，PCB材料的熱膨脹系數(shù)不同于銅的膨脹系數(shù)，可能導(dǎo)致過(guò)孔附近的銅箔斷裂。為了避免這種情況，設(shè)計(jì)師可以選擇熱膨脹系數(shù)更匹配的材料或通過(guò)多層結(jié)構(gòu)分散熱應(yīng)力。
2 S: ^( H0 E$ e' X6 B' [- C  X過(guò)孔（Via）和元件孔（Pad）有何區(qū)別？在PCB中，孔徑分為過(guò)孔（Via）和元件孔（Pad），一定不要混用。
. d$ W+ l2 i6 a, Y# S0 Z6 ]8 D7 `過(guò)孔一般是起到兩面導(dǎo)通的作用，加工過(guò)程常規(guī)是選擇蓋油處理。
元件孔（Pad）通常是設(shè)計(jì)成插件孔，在插件焊接時(shí)使用。
如果混用過(guò)孔（Via）和元件孔（Pad），一種情況是誤將過(guò)孔（Via）屬性用于插件封裝中當(dāng)做元件孔。選擇過(guò)孔蓋油時(shí)，插件孔會(huì)被油墨蓋住或者堵住，且大小無(wú)法達(dá)到有效控制。
5 A$ x) _3 L( P1 e另一種情況是誤將元件孔（Pad）當(dāng)做過(guò)孔使用，那么軟件自動(dòng)關(guān)閉過(guò)孔開(kāi)窗時(shí)，無(wú)法有效識(shí)別，會(huì)導(dǎo)致需要蓋油的過(guò)孔無(wú)法蓋油。
3 m+ k  h  `  P
% ~) Z; Z) `5 y結(jié)論P(yáng)CB過(guò)孔設(shè)計(jì)是一門涉及電氣、機(jī)械和材料科學(xué)的綜合性學(xué)科。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇過(guò)孔類型和尺寸，同時(shí)兼顧信號(hào)完整性、散熱、制造工藝等多方面的因素。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，過(guò)孔設(shè)計(jì)的復(fù)雜性將不斷增加，只有通過(guò)持續(xù)的學(xué)習(xí)和優(yōu)化，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越、成本合理的PCB。

+ v6 R' B" a/ P: d( j7 g聲明：
1 j8 g5 ~' P* r! H) y7 Z% T本文轉(zhuǎn)載自芯片之家公眾號(hào) ，如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系工作人員微（13237418207），我們將在第一時(shí)間和您對(duì)接刪除處理!投稿/招聘/廣告/課程合作/資源置換 請(qǐng)加微信：13237418207
( X6 J9 b" _" q+ o, Z3 f                               
+ l2 |* \/ F% I% V) Q2 O# l


/ v" T4 f+ z) B                                                       
                                                               
                                                                       
0 ?6 ~0 a( D# |2 o* N* D* m& }& M5 ~                                                                               

                                                                               
( x8 d% r: g3 T' k3 q                                                                                        這電路抄吧，一抄一個(gè)不吱聲
0 l# c1 q' v9 ?9 J5 y  q7 u                                                                               
                                                                       
                                                               
; u4 H  {/ @; O' P* O, `( `                                                       
+ K) r9 G* ?. m/ r8 u5 y% A: b                                               

- L6 J) ]( o0 z2 y( ~                                                       
                                                               
9 z" L! {8 ^- C& I5 ~                                                                       
                                                                               
- N6 X/ C! v& `3 h* f% c# O
                                                                               
' I( l. f/ i" e- {) c# G7 t                                                                                        少走彎路！這些公眾號(hào)你的工程師同行也在關(guān)注！
                                                                               
                                                                       
                                                               
- c# e$ V+ p+ @9 e) L: A5 H& V                                                       
                                               

7 v9 W8 ?! f% w) u
7 f! N* v9 o6 ], x掃碼添加客服微信，備注“入群”拉您進(jìn)凡億教育官方專屬技術(shù)微信群，與眾位電子技術(shù)大神一起交流技術(shù)問(wèn)題及心得~
分享?? 點(diǎn)贊?? 在看?? “三連”支持！