过孔也称金属化孔。在双面板和多层板中,为连通各层之间的印制导线,在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔,即过孔。

1.过孔是什么

过孔,在线路板中,一条线路从板的一面跳到另一面,连接两条连线的孔也叫过孔(区别于焊盘,边上没有助焊层。)孔本身存在着对地的寄生电容,同时也存在着寄生电感,往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。

 

过孔是什么

(图片来源于互联网)

 

2.过孔的作用及原理

在工艺上,过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属,用以连通中间各层需要连通的铜箔,而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状,过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。


过孔不仅可以是通孔,还可以是掩埋式。所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔;掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面,仿佛被其它敷铜层掩埋起来。

一、寄生电容:

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=K*ε0*3.14*TD1/(D2-D1)(ε0为真空介电常数,K为PCB相对(真空ε0)介电系数)

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=K*ε0*3.14*0.050x0.020/(0.032-0.020),这部分电容会引起的上升时间的变化。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。

 

二、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。

 

过孔的作用及原理

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3.过孔和通孔的区别

PCB中过孔和通孔焊盘的区别:


1、功能不同:过孔用于连接不同层的导线,通孔焊盘是固定元器件引脚的;


2、对覆盖阻焊层要求不同:过孔不需要覆盖阻焊层,通孔焊盘需要需要覆盖阻焊层;


3、种类不同:过孔分为通孔和掩埋式,通孔焊盘分为岛形、泪滴式、多边形、椭圆形和开口形。

在PCB板的双层或多层板中各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔,这就是过孔,也称为金属化孔。PCB上的引线孔和周围的铜箔称为焊盘,用于通过焊锡将元件固定在PCB上,通过印制导线连接。

 

过孔和通孔的区别

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