一、什么是PCB过孔？

过孔（via），也叫PCB导通孔（PCB Via Hole），是PCB多层线路板的重要组成部分之一。PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。钻孔是属于PCB制作工序的前端，在开料之后，PCB钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。

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。

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，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层线路板的厚度（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6Mil 的过孔，韦德亚洲就称为微孔。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。

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，则韦德亚洲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，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，EDA365电子论坛提醒设计者还是要慎重考虑的。

三、过孔的寄生电感

同样，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。

韦德亚洲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=5.08h［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增加。

四、高速PCB中的过孔设计

通过上面对过孔寄生特性的分析，韦德亚洲可以看到，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以下几方面：

从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔。比如对6-10层的内存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下，很难使用更小尺寸的过孔了。对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗。

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。

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，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。

PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量减少不必要的过孔。

在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。当然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况，有的时候，韦德亚洲可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。

特别是在过孔密度非常大的情况下，可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除了移动过孔的位置，韦德亚洲还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。

如何使用过孔：通过上面对过孔寄生特性的分析，韦德亚洲可以看到，在高速PCB 设计中，看似简单的过孔使用不当往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。

五、为什么要将PCB线路板的过孔堵上？

Via hole导通孔起线路互相连结导通的作用，电子行业的发展，同时也促进PCB的发展，也对印制板制作工艺和表面贴装技术提出更高要求。Via hole塞孔工艺应运而生，同时应满足下列要求：

（一）导通孔内有铜即可，阻焊可塞可不塞；

（二）导通孔内必须有锡铅，有一定的厚度要求（4微米），不得有阻焊油墨入孔，造成孔内藏锡珠；

（三）导通孔必须有阻焊油墨塞孔，不透光，不得有锡圈，锡珠以及平整等要求。

随着电子产品向“轻、薄、短、小”方向发展，PCB也向高密度、高难度发展，因此出现大量SMT、BGA的PCB，而客户在贴装元器件时要求塞孔，主要有五个作用：

（一）防止PCB过波峰焊时锡从导通孔贯穿元件面造成短路；特别是韦德亚洲把过孔放在BGA焊盘上时，就必须先做塞孔，再镀金处理，便于BGA的焊接。

（二）避免助焊剂残留在导通孔内；

（三）电子厂表面贴装以及元件装配完成后PCB在测试机上要吸真空形成负压才完成：

（四）防止表面锡膏流入孔内造成虚焊，影响贴装；

（五）防止过波峰焊时锡珠弹出，造成短路。

六、导电孔塞孔工艺的实现

对于表面贴装板，尤其是BGA及IC的贴装对导通孔塞孔要求必须平整，凸凹正负1mil，不得有导通孔边缘发红上锡；导通孔藏锡珠，为了达到客户的要求，导通孔塞孔工艺可谓五花八门，工艺流程特别长，过程控制难，时常有在热风整平及绿油耐焊锡实验时掉油；固化后爆油等问题发生。现根据生产的实际条件，对PCB各种塞孔工艺进行归纳，在流程及优缺点作一些比较和阐述：

注：热风整平的工作原理是利用热风将印制电路板表面及孔内多余焊料去掉，剩余焊料均匀覆在焊盘及无阻焊料线条及表面封装点上，是印制电路板表面处理的方式之一。

6.1 、热风整平后塞孔工艺

此工艺流程为：板面阻焊→HAL→塞孔→固化。采用非塞孔流程进行生产，热风整平后用铝片网版或者挡墨网来完成客户要求所有要塞的导通孔塞孔。塞孔油墨可用感光油墨或者热固性油墨，在保证湿膜颜色一致的情况下，塞孔油墨最好采用与板面相同油墨。此工艺流程能保证热风整平后导通孔不掉油，但是易造成塞孔油墨污染板面、不平整。客户在贴装时易造成虚焊（尤其BGA内）。所以许多客户不接受此方法。

6.2 、热风整平前塞孔工艺

6.2.1 用铝片塞孔、固化、磨板后进行图形转移

此工艺流程用数控钻床，钻出须塞孔的铝片，制成网版，进行塞孔，保证导通孔塞孔饱满，塞孔油墨塞孔油墨，也可用热固性油墨，其特点必须硬度大，树脂收缩变化小，与孔壁结合力好。工艺流程为：前处理→ 塞孔→磨板→图形转移→蚀刻→板面阻焊

用此方法可以保证导通孔塞孔平整，热风整平不会有爆油、孔边掉油等质量问题，但此工艺要求一次性加厚铜，使此孔壁铜厚达到客户的标准，因此对整板镀铜要求很高，且对磨板机的性能也有很高的要求，确保铜面上的树脂等彻底去掉，铜面干净，不被污染。许多PCB厂没有一次性加厚铜工艺，以及设备的性能达不到要求，造成此工艺在PCB厂使用不多。

6.2.2 用铝片塞孔后直接丝印板面阻焊

此工艺流程用数控钻床，钻出须塞孔的铝片，制成网版，安装在丝印机上进行塞孔，完成塞孔后停放不得超过30分钟，用36T丝网直接丝印板面阻焊，工艺流程为：前处理——塞孔——丝印——预烘——曝光一显影——固化

用此工艺能保证导通孔盖油好，塞孔平整，湿膜颜色一致，热风整平后能保证导通孔不上锡，孔内不藏锡珠，但容易造成固化后孔内油墨上焊盘，造成可焊性不良；热风整平后导通孔边缘起泡掉油，采用此工艺方法生产控制比较困难，须工艺工程人员采用特殊的流程及参数才能确保塞孔质量。

6.2.3 铝片塞孔、显影、预固化、磨板后进行板面阻焊

用数控钻床，钻出要求塞孔的铝片，制成网版，安装在移位丝印机上进行塞孔，塞孔必须饱满，两边突出为佳，再经过固化，磨板进行板面处理，其工艺流程为：前处理——塞孔一预烘——显影——预固化——板面阻焊

由于此工艺采用塞孔固化能保证HAL后过孔不掉油、爆油，但HAL后，过孔藏锡珠和导通孔上锡难以完全解决，所以许多客户不接受。

6.2.4 板面阻焊与塞孔同时完成

此方法采用36T（43T）的丝网，安装在丝印机上，采用垫板或者钉床，在完成板面的同时，将所有的导通孔塞住，其工艺流程为：前处理--丝印--预烘--曝光--显影--固化。

此工艺流程时间短，设备的利用率高，能保证热风整平后过孔不掉油、导通孔不上锡，但是由于采用丝印进行塞孔，在过孔内存着大量空气，在固化时，空气膨胀，冲破阻焊膜，造成空洞，不平整，热风整平会有少量导通孔藏锡。