干货！过孔对高频信号传输的影响

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%到40%。简单的说来，PCB 上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接;二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，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)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。

第三种称为通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以绝大部分印刷电路板均使用它，而不用另外两种过孔。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，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板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，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，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 板的厚度(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，一般直径小于等于6Mils 的过孔，我们就称为微孔。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焊盘上(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12%左右，比如50 欧姆的传输线在经过过孔时阻抗会减小6 欧姆(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：(44-50)/(44+50)=0.06，过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。

过孔(Via)在PCB多层板设计中被广泛应用，但过孔若是处理不当，很有可能对高频信号传输产生不良影响，所以工程师在设计高频电路时，若是要用到过孔，需要知道以下的知识。

从作用上来看，过孔的作用大致上可归类为：用作各层间的电气连接和用作器件的固定或定位;从工艺支撑上来看，过孔可分为盲孔、埋孔及通孔。

盲孔位于PCB板的顶层和底层表面，具有一定的深度，常用于表层线路和下面的内层线路的连接，注意孔的深度不超过一定的比率(孔径);而埋孔是指位于PCB板内层的连接孔，不会延伸到线路板的表面，盲孔及埋孔都位于PCB板内层，，而通孔是横穿过整个线路板，它的功能是用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔，由于通孔在个以上更容易实现，且成本较低，所以很多电路板会采用通孔，下面所说的过孔，若没有特殊说明，均作为通孔考虑。

一般来说，过孔的尺寸大小将由中间钻孔及钻孔周围的焊盘区所决定，在高速高密度PCB设计时，国控越小越好，因为可以留出更多的布线空间，而且自身寄生电容更小。

同时呢，过孔的设置也要注意以下几方面：

电感和电容： 过孔的存在会引入额外的电感和电容。这些电感和电容值可能较小，但在高频信号传输中会产生显著的影响。电感会导致信号的延迟，而电容则会降低信号的带宽。

串扰和反射： 过孔可以导致信号串扰和反射。串扰是因为信号在过孔附近的地区传播，可能干扰其他信号线。反射是因为信号在过孔处会部分反射回去，引起波形失真。

阻抗匹配： 过孔的存在会改变信号线的阻抗。在高频电路中，阻抗匹配非常重要，因为不匹配的阻抗会导致信号反射和丧失。电子工程师需要采取措施来确保过孔的影响不会破坏阻抗匹配。

损耗： 过孔的存在还会引入信号的额外损耗。这种损耗可能不明显，但在高频应用中需要仔细考虑。

布局和设计： 考虑过孔的位置和布局对于减小其影响至关重要。合理的布局可以减小串扰和反射，同时确保信号线的阻抗匹配。