PCB设计中的过孔
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1 一.过孔的承载电流
PCB上的传输线铜箔，其厚度一般为（30um）左右，而过孔内的铜箔厚度，一般都大于2mil，所以展开看，铜箔厚度大于传输线。
而传输线打过孔时，传输线宽度一定会小于过孔直径，所以过孔的铜箔宽度也会显著的大于传输线宽度。对传输线铜箔而言，厚度为35um时，20mil线宽可通过电流是。
因此，对于信号过孔，承载电流能力的瓶颈不在过孔上面，而是在传输线上面。
对于电源过孔，一般的经验是1A对应一个过孔（Via10，Via12），如果以更安全的角度来看，一个（Via10，Via12）的过孔通过电流600mA是绝对安全的，一个（Via20）的过孔通过电流1A是绝对安全的。
二.过孔的寄生电容
过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H,板基材介电常数为ε,则：
过孔的寄生电容大小公式为：（近似）
C=εHD1/(D2-D1)
其中参数的单位是（H：inch, D1/D2：inch, 计算结果单位pF）
寄生电容引起的信号上升时间变量值公式： 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
2 T（10％-90％） =(Z0/2)
计算结果为ps.
从计算公式可以看出：过孔的寄生电容与过孔内径无关，与板厚成正比，与过孔外径成正比。也就是说，过孔外径越大，寄生电容越大；板厚越大，寄生电容越大；与地层的绝缘距离设的越大，寄生电容越小。
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=，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=(Z0/2)= 。从这些数值可以看出，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。
板厚，过孔尺寸(ε= 过孔的寄生电容C
板厚（63mil），Via外径20mil，绝缘直径30mil
板厚（63mil），Via外径30mil，绝缘直径40mil
板厚（31mil），Via外径20mil，绝缘直径30mil
板厚（63mil），Via外径30mil，绝缘直径40mil
表 典型过孔的寄生电容
三.过孔的寄生电感 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
3 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=[ln(4H/d)+1]
其中L指过孔的电感（单位nH），H是过孔的长度(对通孔就是板的厚度，单位inch)，d是中心钻孔的直径(即过孔的内径，单位inch)。
从计算公式可以看出：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。过孔长度越大，寄生电感越大；过孔内径越小，寄生电感越大。
板厚，过孔尺寸 过孔的寄生电感L
板厚（63mil），Via内径12mil
板厚（63mil），Via内径20mil
板厚（31mil），Via内径12mil
表 典型过孔的寄生电感
如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T（10-90）=Ω。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。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
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板厚减小，过孔的寄生电容、寄生电感都会近似成比例减小。
过孔内/外径越小，寄生电容越小，但寄生电感会略微增加。因此，对于高速信号，应该选用小过孔。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，钻孔加工工艺越难，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，现在正常的一块6层PCB板的厚度（通孔深度）为50Mil左右，所以一般PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。建议普通设计中过孔不能小于8mil/18mil，通常可以选用12mil/20mil。
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5 C=εHD1/(D2-D1) pF, L=[ln(4H/d)+1] nH.
C(pF) 延时 L(pF) 延时 总体影响
基材介质ε 正比 ---
板厚H(Inch) 正比 正比（大）
Via内径直径d
(Inch) --- 反比（小）
Via外径直径D1
(Inch) 正比（小） ---
Via反焊盘直径D2
(Inch) 反比 ---
8/16/40
10/18/40
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7 四.过孔对高速信号的影响
寄生电容的影响
寄生电感的影响
过孔引起的Stub问题
过孔本身长度引起的走线长度变化
信号换层而带来的传输速度不同问题
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8 五、PCB设计中推荐使用的过孔参数
过孔可以分为有内径，外径，热焊盘，反焊盘，阻焊开窗等五个重要数据。过孔是先按照外径转孔，然后在里面电镀形成一个空心柱状，即为内径。
热焊盘是用于设置当它穿透铜皮（同一网络，是穿透铜皮，而不是连接导线）时，如何与铜皮相连。
反焊盘是用于设置当它穿透铜皮（不是一个网络）时，铜皮如何避让。
阻焊开窗，是设置过孔在板上时是否裸露，以及裸露的尺寸。
PADS中设置
在PADS中，推荐的VIA设置是带有Layer25的数据的，它其实是用于出负片的。出负片时，一定要把这些孔器件的Layer25加上，否则就没有安全间距了。负片的设置，可能还需要仔细的研究一下。
PADS中，如果在VIA/焊盘中设置了Pad/Thermal/Anti-Pad，则按照设置的来进行。如果没有设置，则按照安全间距/铺铜设置来进行。Anti-Pad设置以后，正片铺铜时，会按照这个参数进行避让。Thermal设置以后，则在铺铜层会调用这个设置。在非铺铜层时，还是会调用Pad的设置。Thermal有内径与外径，内径应该至少大于Via的内径，如果Thermal的外径设置小于了Via的外径，则是全连接（Cover）。
这里着重有几点： 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
9 1. 专为高速信号设计的过孔，Via_10G，是需要与任何铜皮都保持比较大的安全间距的。在Inner层，可以通过设置该Via的Anti-Pad来达到目的。一般设置为40mil。因为这种过孔专用于高速信号，所以，它几乎不会与铜皮互联，故Thermal方面可以不设置（采用Pads安全规则）。
2. 专为安规设计的过孔，Via_SAFE，是需要与任何铜皮都保持很大的安全间距的。反焊盘一般设置为70mil或更大。Via_POE，反焊盘一般设置为130mil（POE噪声大）。这种过孔可能与铜皮互联，也可能不互联。
3. 专为高密度BGA芯片设计的过孔，Via_BGA，是需要与铜皮保持良好的连接的。所以对于BGA的电源/地过孔，应该采用全连接。所以这种过孔的Thermal方面的数据，应该是全连接（Cover）。
4. 下表是从网络上拷贝的某人的过孔设置。
名称 孔径 规则
焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊
开窗 简要说明
Via8-10G 8 18 28 40 NO 用于10G信号
Via8-BGA 8 18 28 28 NO 用 BGA区域
Via8-GEN 8 18 28 28 13 用于默认区域
Via8-BGA-A 8 20（24） 28 28 NO 特殊过孔
Via8-BGA-FULL 8 18 8 28 NO 用 BGA区域
Via8-SAFE 8 18 28 70 13 安规专用过孔
表5－1：内径为8mil的过孔
名称 孔径 规则
焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊
开窗 简要说明
Via10-10G 10 22 32 40 15 用于10G信号
Via10-BGA 10 22 32 32 NO 用于 BGA区域
Via10-GEN 10 22 32 32 15 用于默认区域
Via10-POE 10 22 32 130 15 POE电源用孔 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
10 Via10-BGA-10G 10 22 32 40 NO 用于 BGA区域
Via10-BGA-A 10 22(24) 32 32 NO 特殊过孔
Via10-BGA-FULL 10 22 10 32 NO 用于 BGA区域
Via10-BGA-T 10 21 10 32 NO 特殊过孔
Via10-08BGA-FULL 10 18 10 26 NO 特殊过孔
Via10-SAFE 10 22 32 74 15 安规专用过孔
表5－2：内径为10mil的过孔
名称 孔径 规则
焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊
开窗 简要说明
Via12 12 25 45 45 NO 用于默认区域
Via12-BGA 12 25 40 40 NO 用于 BGA区域
Via12-GEN 12 25 40 40 17 用于默认区域
Via12-BGA-FULL 12 25 12 40 NO 用于 BGA区域
Via12-10BGA-FULL 12 23 12 34 NO 特殊过孔
Via12-SAFE 12 25 40 74 17 安规专用过孔
表5－3：内径为12mil的过孔
名称 孔径 规则
焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊
开窗 简要说明
Via14-FULL 14 18 14 45 19 特殊过孔
表5－4：内径为14mil的过孔
名称 孔径 规则
焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊
开窗 简要说明
Via16 16 30 45 45 21 用于默认区域
Via16-FULL 16 30 16 45 21 用于默认区域
Via16-POE 16 30 45 156 21 POE电源过孔
Via16-SAFE 16 30 45 80 21 安规专用过孔
表5－5：内径为16mil的过孔
名称 孔径 规则 热焊盘 反焊盘 阻焊 简要说明
