Question

pcb过孔与电流的关系，pcb过孔与电流的关系知识

Answer 1

PCB走线宽度与电流的关系与PCB铜皮厚度有直接的关系。线条宽度问题其实就是铜布线的横截面积对应的电流大小的关系。因为PCB上的铜皮表面积非常大，比较利于散热，所以PCB布线的过电流能力远大于铜导线。一1Oz厚度的铜皮为例：（IPC标准）1A需要的布线宽度为12mil（表层走线），内层走线约为30mil。在实际使用过程中，因PCB制造工艺的公差（国内PCB板材偷工减料现象比较普遍），产品的可靠性等等因素。所以应留有较大余量。简单的计算方式为：1Oz厚度的铜皮，1mm线宽的过电流能力为1A。（温升10℃）如果允许的温升比较高，又有良好的通风散热，可以减少至0.6-0.7mm。至于过孔，也与工艺有关。过孔的电镀铜厚度是比较关键的。在电镀铜厚度为20μm；1mm内径时，产生10℃温升的电流为3.7A。（这个是国际标准给出的数据）在实际使用时，充分考虑国内偷工减料的情况以及可靠性，减半设计应该就可以了。
过孔, 在线路板中，一条线路从板的一面跳到另一面，连接两条连线的孔也叫过孔（区别于焊盘，边上没有助焊层。）
过孔也称金属化孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔，在工艺上，过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
过孔不仅可以是通孔，还可以是掩埋式。所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。图4-4为六层板的过孔剖面图，包括顶层、电源层、中间1层、中间2层、地线层和底层。
过孔也称金属化孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔，在工艺上，过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状，过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
过孔不仅可以是通孔，还可以是掩埋式。所谓通孔式过孔是指穿通所有敷铜层的过孔；掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面，仿佛被其它敷铜层掩埋起来。图4-4为六层板的过孔剖面图，包括顶层、电源层、中间1层、中间2层、地线层和底层。
寄生电容
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。
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。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=5.08h[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增加。 高速PCB 中的过孔设计
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。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。
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，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。
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 板上大量放置一些多余的接地过孔。