1、一.过孔的承载电流 PCB 上的传输线铜箔，其厚度一般为 1.2mil（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 1.35A。 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（
2、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 ,则： 过孔的寄生电容大小公式为：（近似） C=1.41HD1/(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： T（10-90） =2.2C(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；
3、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=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF， 这部分电容引起的上升时间变化量 为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数值可以看出
4、，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(=4.2) 过孔的寄生电容C 板厚 1.6mm（63mil），Via外径 20mil，绝缘直径 30mil 0.746pF 板厚 1.6mm（63mil），Via外径 30mil，绝缘直径 40mil 1.12pF 板厚 0.8mm（31mil），Via外径 20mil，绝缘直径 30mil 0.373pF 板厚 1.6mm（63mil），Via外径 30mil，绝缘直径 40mil 1.12pF 表2.1 典型过孔的寄生电容 三.过孔的寄生电感
5、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=5.08Hln(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
6、寄生电感L 板厚1.6mm（63mil），Via内径12mil 1.29nH 板厚1.6mm（63mil），Via内径20mil 1.13nH 板厚 0.8mm（31mil），Via 内径 12mil 0.525nH 表3.1 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=L/T（10-90） =3.19。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。 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
7、，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。 C=1.41HD1/(D2-D1) pF,
8、L= 5.08Hln(4H/d)+1 nH. C(pF) 延时 L(pF) 延时 总体影响 基材介质(4.2) 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 0.8mm 0.72pF 0.60pF 1.0mm 1.2mm 1.6mm 1.43pF 1.43nH 2.0mm 2.5mm 3.0mm 2.69pF 3.04nH 10/18/40 0.8mm 0.74pF 0.56nH 1.0mm 1.2mm 1.6mm 1.
9、48pF 1.35nH 2.0mm 2.5mm 3.0mm 2.77pF 2.91nH 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 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
10、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
11、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： 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
12、_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0.8mm BGA区域 Via8-GEN 8 18 28 28 13
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0.8mm BGA区域 Via8-SAFE 8 18 28 70 13 安规专用过孔 表 51：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1.0mm 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
14、Via10-BGA-10G 10 22 32 40 NO 用于1.0mm 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1.0mm 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 52：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
15、区域 Via12-BGA 12 25 40 40 NO 用于1.27mm 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1.27mm 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 53：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 54：内径为 14mil 的过孔 名称 孔径 规则
16、 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 55：内径为 16mil 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 Via18-FULL 18 32 18 50 23 特殊过孔 表 56：内径为 18mil 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 VIA20 20 35 50 50
17、25 用于默认区域 Via20-full 20 35 20 50 25 用于默认区域 via20-safe 20 35 50 85 25 安规专用过孔 表 57：内径为 20mil 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 Via24 24 40 55 55 29 用于默认区域 Via24-A48V 24 40 84 84 29 48V专用过孔 Via24-ALN 24 40 170 170 29 特殊过孔 Via24-POE 24 40 55 105 29 POE电源过孔 Via24-SAFE 24 40 55 90 29 安规专用过孔 表 58：内径为 24mi
18、l 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 Via40 40 60 80 80 45 用于默认区域 Via40-FULL 40 60 40 80 45 用于默认区域 Via40-SAFE 40 60 80 110 45 安规专用过孔 表 59：内径为 40mil 的过孔 补充说明： 1. 选用过孔时，注意单板的板厚/孔径比值，现在工艺水平最大为 12.5，常规不能大于 8。 2. 以上所有数据，图形为圆形，单位为 mil 3. 规则焊盘一项数据中，如果只有一个数据，是通孔焊盘数据。如果包含两个 数据，则括号内数据是内层焊盘数据。 4. 有安规要求的单板，使用安规专
19、用过孔，即：VIA*-SAFE 六PCB设计中采用的过孔说明 过孔的可制造性 考虑到 PCB 的可制造性，过孔内径最小为 8mil，10mil。 对于 BGA 芯片，综合考虑安全间距/线宽/过孔/铺铜等问题，采用如下 设置，此设置经过了很长时间的设计与计算，勿改动。 0.5mm Pitch 的 BGA： 焊盘直径大小 0.24mm， 安全间距 3mil， 线宽 4mil， 过孔 6/12mil，必须使用盲埋孔，无法铺铜。 0.65mm Pitch 的 BGA： 焊盘直径大小 0.35mm， 安全间距 3.5mil， 线宽 4mil， 过孔 8/14/20mil，无法正片铺铜。 0.80mm P
20、itch 的 BGA： 焊盘直径大小 0.4mm， 安全间距 5mil， 线宽 5mil， 过孔 8/16/22mil，无法铺铜正片铺铜。 1.00mm Pitch 的 BGA：焊盘直径大小 0.55mm（最大可到 0.6mm)，安全 间距 5mil，线宽 5mil，过孔 10/18/25mil，可全面积良好铺铜。 1.27mm Pitch 的 BGA：焊盘直径大小 0.78mm（最大可以到 0.80mm)，安 全间距 6mil，线宽 6mil，过孔 10/20/28mil，可全面积良好铺铜。 特殊过孔设计 参考网络上一些良好的过孔设计，综合考虑自己的设置，有如下过孔设置： 如果最严格器件为
21、0.8mm Pitch 的 BGA，则采用的过孔： 名称 孔径 规则 焊盘 热焊盘 反焊盘 阻焊 开窗 简要说明 Via8-10G 8 16 - 40 NO 用于10G信号 Via8-BGA 8 16 - - NO 用0.8mm BGA区域 Via8-GEN 8 16 - - 13 用于默认区域 Via8-BGA-A 8 16 - - NO 特殊过孔 Via8-BGA-FULL 8 18 8 - NO 用0.8mm BGA区域 Via8-SAFE 8 18 28 70 13 安规专用过孔 表 61：内径为 8mil 的过孔 如果最严格的器件是 1.0mm Pitch 的 BGA，则采用的过孔
22、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 18 40 15 用于10G信号 Via10-BGA 10 18 NO 用于1.0mm BGA区域 Via10-GEN 10 18 15 用于默认区域 Via10-POE 10 18 32 130 15 POE电源用孔 Via10-BGA-10G 10 18 32 40 NO 用于1.0mm BGA区域 Via10-BGA-A 10 18 32 32 NO 特殊过孔 Via10-BGA-FULL 10 18 10 32 NO 用于1.0mm BGA区域 Via10-BGA-T 10 18 10 32 NO 特殊过孔 Via10-08BGA-FULL 10 18 10 26 NO 特殊过孔 Via10-SAFE 10 18 32 74 15 安规专用过孔 表 62：内径为 10mil 的过孔 注解1：目前还不知道阻焊开窗的意义，按照我的理解，应该是所有的过孔都不 开窗的。 注解2：关于热焊盘，我的理解是：热焊盘只与铺铜有关，如果不可能出现铺铜， 就不要去管了。对于POE/安规的VIA，我觉得可以用专用的VIA器件来做。这样 可以比较好控制。 注解 3：对于其余的通用的过孔，一律采用 10/20/35 来做。也就是 PADS 中的 STANDVIA。
