关于过孔对信号传输的影响

中信华

　　关于过孔对信号传输的影响

　　过孔的基本概念

　　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%~40%。简单来说，PCB上的每一个孔都可以称为过孔。

　　从作用上看，过孔可以分成两类：一是用于各层间的电气连接；二是用于器件的固定或定位。如从工艺制程来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔（BlindVia)、埋孔（BuriedVia)和通孔（ThroughVia)。盲孔位于PCB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PCB内层的连接孔，它不会延伸到PCB的表面。上述两类孔都位于PCB的内层，层压前利用通孔成形工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。通孔穿过整个PCB,可用于实现内部互连或作为元器件的安装定位孔。由于通子工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分PCB均使用它，而较少采用另外两种过孔。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，一个过孔主要由两部分组成，一是中心钻孔(DrillHole),二是钻孔周围的悍盘区，如图1-9-1所示。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。

图1-9-1过孔的结构

　　很显然，在高速、高密度的pcb设计中，设计者总是希望过孔越小越好，这样PCB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，更适用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的増加，而且过孔的尺寸不可能无限制地减小，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，如果一块正常的6层PCB的厚度（通孔深度）为50mil,那么，一般条件下PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8mil。随着激光钻孔技术的发展，钻孔的尺寸也可以越来越小，一般直径不大于6mil的过孔就称为微孔。在HDI(高密度互连结构）设计中经常使用到微孔，微孔技术可以允许过孔直接打在悍盘上（Via-in-Pad),这大大提高了电路性能，节约了布线空间。

　　过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点，会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低约12%,如50Ω的传输线在经过过孔时阻抗会减小6Ω(具体和过孔的尺寸、板厚也有关，不是绝对减小）。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的，其反射系数仅为（50-44)/(44+50)≈0.06,过孔产生的问题更多地集中于寄生电容和电感的影响。