pcb过孔是啥？

Posted 2023-05-08

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%。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。 参考技术A 过孔就是PCB板多层之间用以进行电气连接的孔，它把层与层之间的印制线连接在一起，通俗一点讲就是多层之间的连接导线。它是利用沉铜工艺制作的，多层板有时出故障时往往是过孔连接不好导致的。 参考技术B 1、过孔是印制电路板（PCB）设计的一部分，过孔的作用是将电气相连、固定和元件定位。一个过孔由三部分组成：孔、孔周围的焊盘区、POWER层隔离区。过孔的制作：在过孔的孔壁圆柱面上镀一层金属，用于联通中间各层的铜箔，过孔的上下两面做成焊盘状，直接线路相通（或也可不连）。
2、过孔一般分为三类：盲孔、埋孔和通孔。盲孔——位于印制电路板的顶层和底层表面，具有一定深度（孔径和孔深按一定的比率），用于表层线路和内层线路的连接。埋孔——在电路板内层的连接孔（电路板表面看不到）。通孔——穿过整个电路板，一般做元件的定位安装用。
3、在一般的PCB设计中，由于过孔的寄生电容和寄生电感对其影响较小，所以在1至4层PCB的过孔设计，通常选用0.36mm（孔径）/0.61mm（焊盘）/1.02mm（POWER隔离区）的过孔。对特殊要求的信号线，如电源线、地线等，一般用0.41mm/0.81mm/1.32mm的过孔。 参考技术C 就是一块板顶层到底层的孔，pcb图孔属性from top layer到bottom layer

autium designer 软件使用：

1mil=0.0254mm

1，英文输入法A建，对齐方式。 

2，焊盘，过孔区别
   作为安装孔时，焊盘和过孔在内孔覆铜上有区别，焊盘的内控通过设置属性可以没有覆铜，而过孔不可以。如果选中焊盘属性Advanced标签下的plated选项，则表示焊盘的内孔带覆铜，反之表示焊盘的内孔不带覆铜。
过孔是圆的，焊盘可以任意形状。

3，top layer 顶层  top overlay 顶层丝印层

4，pcb库创建-英文输入法M建，移动，翻转等。

5-SOP-8封装，是属于贴片封装。图二是DIP-8封装，是属于直插封装

6—分屏操作，菜单栏单击右键，垂直分布 交互式布局 tools-交叉选项模式（cross select mode），原理图，pcb都打开。

7-pcb旋转器件，选中器件，按住鼠标左键，单机空格

8-定义pcb尺寸：keep out 层绘制板框-设计-板子形状-按照选择对象定义
虽然Mechanical1 与 KeepOutlayer画出来的线的颜色是一样的。但是通常KeepOutlayer做为禁止电气连接，现在已经成了习惯99%的人拿KeepOutlayer当Mechanical1 来用，就所谓的板框，不过制板厂也已经习惯了，也默认KeepOutlayer是板框。
Mechanical1 机械层，它也可以做为板框来用，但是烧友们都默认它来做绑定线来用，厂家也是这么默认的。所以这些都已成为习惯。

9-pcb 接触线，快捷选择，快捷键：s-L。

10—原理图批量添加封装——工具，封装库管理器

11-移动器件到背面：双击，然后layer设置为另一面即可（快捷键，拖动时，按L）

12-快捷键查看或者设置：右键top空白处，选择customize即可进去。

13-将mil切换到mm，那么选择 View-Toggle Units  。单位就从mil切换到了mm。快捷键：q

14-project》project options，进入设置错误检查界面，可以设置我们想检查的东西的报告，error reporting：常用的四个类型：
                        （位号重复）duplicate part designators:设置成严重错误类型；
                        （网络悬浮）floating net labels&floating power objects：设置成严重错误类型；
                        （单端网络）nets with only one pin：设置成严重错误类型；

15-原理图中的器件的封装，添加时，在pcb library里面一般设置成any，这样就减少出现封装库路径找不到的情况。

16-规则管理器：design》rules （规则优先级设置：比如1：选中clearance，点击窗口最下面的priorities，则进入edit rule priorities,可以查看和改变优先级）
        常用规则设置：
        1，clearance：a,一般间隙6mil满足大部分pcb制造工艺（first match：all second match：all）
                b,铺铜的间隙，10mil（custom query：query builder=》in polygon（表示铜皮））（first match：inpolygon second match：all）
                c，铜皮到过孔间隙，6mil，（first match：isvia second match：inpolygon）
        2，width：a，信号线，一般可以6mil（all）
            b，电源线，一般10-15-60mil（net class-我们新建的power class）
        3，routing via style：一般24-12mil（all）
            一、过孔的寄生电容和电感  
                过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：C="1".41εTD1/(D2-D1)  
                    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，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,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/(0.040-0.020)=0.31pF      这部分电容引起的上升时间变化量大致为：      T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps  
                    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，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。  
                    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。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：      L="5".08h[ln(4h/d)+1]  
                    其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，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。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：      L="5".08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH  
                    如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=πL/T10-90=3.19Ω。  
                    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减少。

              二、如何使用过孔  
                    通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：  
                    1．从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔，比如对于电源或地线的过孔，可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗，而对于信号走线，则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。  
                    2．上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。      
                    3．PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。  
                    4．电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。
                    5．在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。  
                    6．对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔。
        4，solder mask expansion：一般2.5mil（all）阻焊，防止绿油覆盖焊点
        5，polygon connect（双层板没有副板，所以不用设置power plane）：a，一般是电源铺铜，所以air gap width=15mil,conductor width=30mil，all-all
                b，过孔，direct connect，is via-all
        6，silk to silk clearance：一般2mil
        7，silk to solder mask clearance：一般2mil

17-DRC检查：tools》design rules check：DRC复位-tools》reset error markers（快捷键：t-m）
         做简单板子，比如不需要自动布线的等，在导入完成之后，推荐设置：在rules to check
            中，只剩下electrical里面的要全部勾选之外，其他的都取消勾选。（其他的不必要检测）

18-英文输入法，n：飞线显示与关闭，可以选择单个器件或则全部。
        隐藏电源线飞线：1，将电源net新建一个类 2，右下角点击pcb，显示pcb 3，net项里面，可以看见有我们的net class。（选择
        我们建的net class，将normal 改为mask，则会高亮选择的net，右下角clear，清除高亮）。右键该net class-connections隐藏或则显示该网络集的飞线。

19-arrange components inside area：在alignment tools里面，将选中的器件集中在选中的框里面。双击器件将该器件locked，该器件
                则不移动进去。操作：选中想移动的器件，使用arrange components inside area命令。

20-place》dimension：画尺寸，可以用来测量。按空格键旋转。

21-器件text缩小，位置放置：选中一个器件text-右键-find similar object-string type=same-ok-pcb inspector-text height&text width=（推荐10mil&2mil），此时已经缩小。
            然后全选器件-align-position component text-选择放置位置（推荐居中）-ok

22-Altium Designer原理图元件和PCB元件互相定位:使用快捷键：“T”+“C”然后点击要定位的元件即可。(pcb点击clear 清除高亮）

23-单层显示，pcb editor-board insight display-available single layer modes：
        hide other layers：勾选
        gray scale other layers：不勾选
        monochrome other layers：勾选
    然后pcb设计里面，shift+s：切换

24-拖动器件，按方向键能移动器件，可以用来微调。

25-铺铜：place polygon plane，进入polygon pour，（hatched：线宽大于格点，表示实心铜），选择网络后，ok，即可。从新灌铜--选中铜皮，
        右键-polygon actions-repour select即可。
        整板铺铜：（DRC不过，可以从新灌铜试一下）1：用上面的方式，手动。2：在keep out layer选择板框线，然后tools-convert-create polygon from selected primitives。
        铜皮割除：place-polygon pour cutout（从新灌铜之后就ok了）

26-PCB高亮显示网络：类型1：1.软件右下角，PCB——>PCB.或则2.View——>workspace pannels——>PCB——>PCB.
        然后选择nets即可选择设置了。clear 清除
        类型2：按住ctrl，然后鼠标选中网络，就可以高亮显示网络。‘[’减暗，‘]’增亮

27-view configurations打开：design-board layers&colors  快捷键：L