PCB过孔的孔径大小对通流的影响

　　PCB布线线宽和过孔孔径设置为多少合适？

　　对于很多新入行的人来说，不清楚PCB的线宽应该设置为多少，这里作一下解释。

　　对于PCB布线线宽的设置，主要要考虑两个问题：

　　一是流过的电流大小。比如对于电源线来说，需要考虑电路工作时流过的电流，如果流过的电流大，则走线不能太细。

　　二是要考虑板厂的实际制板能力。如果所需要的电流很小（如信号线），那就可以走的细一些。有时候PCB面积小，器件多，就想走线尽量细，但是如果过细可能PCB板厂就制作不出来了，或者能做不出但不良率上升。这个可以向PCB板厂确认。就我所知，线宽0.2mm，线间距0.2mm，一般的板厂都是可以做的。线宽0.127mm就不是都能做了，业界的最小线宽标准应该是0.1mm。后续随着技术的发展可能会更细。

　　至于过孔的大小，也可以直接向板厂确认，毕竟就算你用小孔径的过孔设计出来PCB，但是板厂做不了，或者能做但是成本高昂也不行。就我所知外径0.5mm，内径0.3mm基本所有板厂都是可以做的。

　　在PCB中过孔放多了对电路有影响吗？

　　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。比如，如果一块正常的6层PCB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最小只能达到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6Mils的过孔，我们就称为微孔。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，不是绝对减小）。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。

　　重要线路上还是将过孔的数量减到最少为最佳。

　　PCB过孔的孔径大小对通流的影响

　　我们先用Saturn的工具来算一下过孔的载流，还是采用IPC2152修正后的规范。

　　镀铜厚度IPC2级或者IPC3级标准一般为0.8mil到1mil，我本来的计划是使用较小的0.8mil。上周五周六的高速先生培训，有朋友提出极限情况下，过孔孔壁的镀铜厚度可能上下宽，中间窄，所以最窄的地方极限可能是0.7mil。

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　　虽然我觉得一个好的板厂，还是能满足至少0.8mil的孔壁镀铜厚度。不过在这篇文章，我还是决定采纳那位朋友的意见，按照The Worst Case为0.7mil的孔壁镀铜厚度来进行评估。

　　

　　设置如上图的参数之后，我们分别对过孔载流做了计算，总结如下表：

　　

　　对上面表格，我的一些分析：

　　1、12mil的孔径可以安全承载1.2A左右电流，比行业里普遍认可的0.5A要宽松；

　　2、更大的16mil、20mil甚至24mil的孔径，在载流上优势并不明显，也就是很多人回答说并不是线性增加。

　　所以我个人会比较推荐使用10~12mil的孔径来承载电流，效率更高，也更方便设计。那么，是不是知道这个过孔载流数据，然后就可以安全的进行设计了呢？我们来看看一些仿真的案例：

　　

　　20A电流，打了20个12mil过孔，按照每个孔承载1.2A来计算，感觉非常安全。但是实际上电流并没有你想象的听话，并不是在20个过孔里面平均分配的。简单的DC仿真，就可以看到过孔电流的情况。有些过孔走了2.4A的电流，有些才200mA。当然，这个设计可能最终并不会有太大风险。因为12mil的过孔在温升30度的时候是可以承载2A以上电流的。但是，如果不均匀性进一步放大呢？这个是和你电流的通道，过孔的分布、数量都有关系的，万一某个过孔走了3A甚至4A的电流呢？并且这时候你打25个或者30个过孔，只要没有在电流的关键位置，提供的帮助并不会很大。原因就还是那句话：电流没有你想象的听话。

　　这个结论在确定铜皮宽度时也是成立的。我们从很多的仿真结果都能发现，当大电流设计在一层铜皮不够用的情况下，多增加一层来走电流，电流也并不会平均分配。由于文章篇幅的关系，没法放太多的案例，如果大家感兴趣，可以在微信后台联系高速先生小编。只要回复的人比较多，我们可以加一篇文章讨论这个问题。

　　所以上期的问题答复，我给大家都扣了1分，原因就是：在电流达到20A这个量级或者更大时，常规的通过经验或者公式计算的铜皮载流和过孔载流，都存在风险。最有效的方式就是通过DC仿真软件来进行评估。

　　帮Sigrity的POWERDC或者类似的软件打个广告哈（不知道可不可以要求广告费呢^-^）。直流压降类的仿真，算法不复杂，设置也简单，仿真结果比较准确，对大电流的设计帮助非常大。PCB设计工程师或者硬件工程师开始接触仿真的入门必备工具哈。