关于PCB过孔的那些事儿

okhxyyo

关于PCB过孔的那些事儿 [复制链接]

 

术语“通孔”通常是指印刷电路板中的一个孔。通孔可以用来固定安装插接元件或连接层间走线。安装通孔与走线通孔只有一个区别：一个是有元件的引脚焊接在里面，而另一个是空的。或许应该换个名字，我们更多的还是叫它“过孔”。过孔是多层PCB的重要组成部分之一，PCB制作成本中钻孔的费用更是高达总费用的30%到40%。然而，过孔在PCB中应该受到的重视并不仅仅是因为他的数量和价格，合适的过孔尺寸，过孔的数量，过孔间及过孔与走线，元件间的距离，过孔电容，过孔电感等等等等，都对设计一个性能良好的PCB造成一定的影响。

过孔在PCB设计中占据了如此重要位置，但是很遗憾，若要问到前面提到的过孔尺寸，数量，间距影响等等问题，到底如何去选择，如何判断，过孔是不是适合这块PCB板子？对此有深刻了解的人甚少。

开这个帖子，正是本着让更多的了解和学习过孔以及如何在PCB设计中合理的去选择过孔的目的和想法，接下来我会跟帖介绍过孔的一些特性以及怎么合理的选择合适的过孔。当然，个人能力有限，我也是从书籍，从各方面的去了解学习来的知识来跟大家分享，也希望坛友们积极参与，发表自己对过孔的看法和设计上的经验，有不懂和困惑的坛友们也可以跟帖说出你们的问题。最后希望我们一起学习，共同进步！

dcexpert

一般的信号，对过孔没有特殊要求，大功率信号和射频信号，对过孔就需要特别注意。

okhxyyo

当过孔太大的时候剩下用于走信号线的空间就不会太多。很显然我们的过孔不能设计的太大。过孔越小，允许板子上走线的空间就越大（即有更高的布线密度），考虑到整个产品的大小，设计者不可避免的会使过孔越来越小。
同时，过孔越小，寄生电容也就越少，这表示它们的高速工作性能更好，所以对于工作在高速情况的电路，极小的过孔是必要条件。
然而，过孔越小生产费用同时也就越高。工程设计中不仅要考虑到良好的性能，同时也要权衡生产的成本，在两者中取得一个合适的平衡点。工程设计从来不是要求最好，而是最适合，一切都是平衡出来的结果。
到现在为止，关于过孔有3个准则：
1,.过孔越小，占据的空间越小
2.过孔越小，寄生电容越小
3.过孔越小，费用越大

elvike

前排挤挤

qrnuyangfu

过孔应该开多大呢？比如走线是30mil,过孔选择多大合适呢？

哼哼哈嘿丨墨染

不懂，帮顶

logitech66

我只是知道在高速线附近打过孔可以起到屏蔽的作用

okhxyyo

qrnuyangfu 发表于 2015-11-9 10:01
过孔应该开多大呢？比如走线是30mil,过孔选择多大合适呢？

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。

okhxyyo

qrnuyangfu 发表于 2015-11-9 10:01
过孔应该开多大呢？比如走线是30mil,过孔选择多大合适呢？

其实布线不用太考虑线跟过孔之间的大小问题，过孔和线是连接关系。
一般来说，过孔根据实际走线密度决定，常规最小做0.2mm过孔，且不会大于1.0mm。小于0.2mm就是需要加工难度大，或者激光钻孔；如果是过电流的孔，可以考虑大于1.0mm也可以；（走线密度跟过孔有个计算公式，后面会继续跟帖介绍）
如果要去说走线跟过孔的关系，其实跟电流有关系，大的电流会需要大的线宽，这个应该是大家比较有共识的。同时，过孔也有承受的电流大小问题。特别是金属化过孔镀膜层厚度只有二十几到几微米，是经不起大电流的。
不过如果你问我具体过孔承受电流大小怎么计算，我也并不太清楚，这个我后面查查资料，要是有知道的话再来告诉你哈

okhxyyo

dcexpert 发表于 2015-11-9 10:20
一般的信号，对过孔没有特殊要求，大功率信号和射频信号，对过孔就需要特别注意。

恩的，确实，高速情况下过孔要求比较高。

okhxyyo

印刷电路板的费用与板子的层数成正比。班子要求的层数取决于每层的布线密度。布线密度反过来被过孔之间绕行走线的方式所影响。从毗邻的过孔之间能挤过去的走线数量，称之为路径（track）数量。通常多层板的内层比外层支持较多的路径。焊接搭桥在内层上不会发生，这样就允许我们减少要求的空隙，挤出更多的路径。
布线密度以走线间距（trace pitch）为度量单位。走线间距等于平行走线的中心线之间的间距。走线间距也就是每英寸平行走线数的倒数。走线间距通常指平行走线的中心线之间的最小间隔。
通常板子上有非常多的孔，如果我们把毗邻的过孔排成一排，那么过孔之间的最大可走线数就等于通孔数乘以路径数。板子上大量的过孔限制了有效走线间距：
        有效走线间距=通孔间距/路径数
当设计一个新板子的时候，应该注意：过孔大小，过孔间隔与走线宽度公差的微小调整，很容易导致一个或两个甚至多个路径的差别。这将大大增加布线密度并节省板层。另一方面减少空隙和孔尺寸直接减少制造产量。
设计者通常在过孔之间设定一个固定的最小值，在栅格图上把它们作为最小间隔距离，这样就能够在任何空闲的网格位置增加一个新的过孔而不必移动其他的过孔。

qrnuyangfu

谢谢楼主 学习了

sunduoze

谢谢楼主分享，能有一些布线实例，图片那样，就再好不过了

okhxyyo

sunduoze 发表于 2015-11-9 13:48
谢谢楼主分享，能有一些布线实例，图片那样，就再好不过了

好的，我看看，要是有这样合适的例子我会放上来。
你对过孔有什么看法都可以跟帖说说看。或者有什么疑惑的都讲讲，看看是不是有人能帮忙解答，我们大家一起学习了

247153481

顶顶贴，顺便学习学习

okhxyyo

过孔的电容
每个过孔都有对地寄生电容。因为过孔的实体结构小，其特性非常像集总线路元件。我们可以在一个数量级以内估算一个过孔的寄生电容的值：
C=1.41εTD1/(D2-D1)
其中，D1，D2，T的单位都是in
过孔电容使数字信号的上升沿减慢或变差，这是它的主要影响。在许多实际情况下，寄生电容非常小，完全可以不考虑它。

qwqwqw2088

高频板中过孔确实有讲究，一般的板子好像没有多么复杂
别让一个过孔让初学者吓着了

okhxyyo

qwqwqw2088 发表于 2015-11-9 14:48
高频板中过孔确实有讲究，一般的板子好像没有多么复杂
别让一个过孔让初学者吓着了

恩恩，是高速板子上比较讲究。sorry对于被吓到的可能性。o(╯□╰)o

okhxyyo

寄生电感
对数字电路设计者来说，过孔的寄生电感比电容更重要。过孔串联电感的主要影响是降低了电源旁路电容的有效性，这将使整个电源供电滤波效果变差。

huaiqiao

2/4层板我觉得打打过孔，甚至有些信号通过地过孔做下包地处理都是ok的啦。但是高速的板子就不好说了，因为没这方面的经验。