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（Via20）的过孔通
2、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；板厚越大，寄生电容越大；与地层的绝缘距离设
3、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，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
4、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
5、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 过孔的寄生电感 L板厚 1.6mm（63mil），Via 内径 12mil 1.29nH板厚 1.6mm（6
6、3mil），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，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
7、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, 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)
8、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 0.60pF1.0mm1.2mm1.6mm 1.43pF 1.43nH2.0mm2.5mm3.0mm 2.69pF 3.04nH10/18/40 0.8mm 0.74pF 0.56nH1.0mm1.2mm1.6mm 1.48pF 1.35nH2.0mm2.5mm3.0mm 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
9、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
10、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：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 I
11、nner 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 Th
12、ermal 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 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
13、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
14、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
15、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
16、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 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 4
17、0 170 170 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 24mil 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
18、为圆形，单位为 mil3. 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 BG
19、A：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 Pitch 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
20、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 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
21、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
22、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。
