過孔

過孔,在線路板中，一條線路從板的一面跳到另一面，連接兩條連線的孔也叫過孔（區別於焊盤，邊上沒有助焊層。）

過孔也稱金屬化孔，在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印製導線，在各層需要連通的導線的交匯處鑽上一個公共孔，即過孔。在工藝上，過孔的孔壁圓柱面上用化學沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀，過孔的參數主要有孔的外徑和鑽孔尺寸。

過孔不僅可以是通孔，還可以是掩埋式。所謂通孔式過孔是指穿通所有敷銅層的過孔；掩埋式過孔則僅穿通中間幾個敷銅層面，彷彿被其它敷銅層掩埋起來。 ^[1] 

孔本身存在着對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為ε,則過孔的寄生電容大小近似於：

C=K*ε0*3.14*TD1/(D2-D1)（ε0為真空介電常數，K為PCB相對(真空ε0)介電係數）

過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來説，對於一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=K*ε0*3.14*0.050x0.020/(0.032-0.020)，這部分電容會引起的上升時間的變化。儘管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，設計者還是要慎重考慮的。

同樣，過孔存在寄生電容的同時也存在着寄生電感，在高速數字電路的設計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：

L=5.08h[ln(4h/d)+1]

其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鑽孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然採用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信號的上升時間是1ns，那麼其等效阻抗大小為：XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

高速PCB中的過孔設計

通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響，在設計中可以儘量做到：

1．從成本和信號質量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。比如對6-10層的內存模塊PCB設計來説，選用10/20Mil（鑽孔/焊盤）的過孔較好，對於一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。受限於技術條件，很難使用更小尺寸的過孔了。對於電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。

2．上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利於減小過孔的兩種寄生參數。

3．PCB板上的信號走線儘量不換層，也就是説盡量不要使用不必要的過孔。

4．電源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要儘可能粗，以減少阻抗。

5．在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的迴路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多餘的接地過孔。

當然，在設計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況。 ^[1]