PCB過孔的孔徑大小對通流的影響

　　PCB布線線寬和過孔孔徑設(shè)置為多少合適？

　　對于很多新入行的人來說，不清楚PCB的線寬應(yīng)該設(shè)置為多少，這里作一下解釋。

　　對于PCB布線線寬的設(shè)置，主要要考慮兩個問題：

　　一是流過的電流大小。比如對于電源線來說，需要考慮電路工作時流過的電流，如果流過的電流大，則走線不能太細(xì)。

　　二是要考慮板廠的實(shí)際制板能力。如果所需要的電流很?。ㄈ?a target="_blank">信號線），那就可以走的細(xì)一些。有時候PCB面積小，器件多，就想走線盡量細(xì)，但是如果過細(xì)可能PCB板廠就制作不出來了，或者能做不出但不良率上升。這個可以向PCB板廠確認(rèn)。就我所知，線寬0.2mm，線間距0.2mm，一般的板廠都是可以做的。線寬0.127mm就不是都能做了，業(yè)界的最小線寬標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是0.1mm。后續(xù)隨著技術(shù)的發(fā)展可能會更細(xì)。

　　至于過孔的大小，也可以直接向板廠確認(rèn)，畢竟就算你用小孔徑的過孔設(shè)計出來PCB，但是板廠做不了，或者能做但是成本高昂也不行。就我所知外徑0.5mm，內(nèi)徑0.3mm基本所有板廠都是可以做的。

　　在PCB中過孔放多了對電路有影響嗎？

　　從設(shè)計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole），二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速，高密度的PCB設(shè)計時，設(shè)計者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔（drill）和電鍍（plating）等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔需花費(fèi)的時間越長，也越容易偏離中心位置;且當(dāng)孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，如果一塊正常的6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil.

　　那么，一般條件下PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達(dá)到8Mil。隨著激光鉆孔技術(shù)的發(fā)展，鉆孔的尺寸也可以越來越小，一般直徑小于等于6Mils的過孔，我們就稱為微孔。在HDI（高密度互連結(jié)構(gòu)）設(shè)計中經(jīng)常使用到微孔，微孔技術(shù)可以允許過孔直接打在焊盤上（Via-in-pad），這大大提高了電路性能，節(jié)約了布線空間。

　　過孔在傳輸線上表現(xiàn)為阻抗不連續(xù)的斷點(diǎn)，會造成信號的反射。一般過孔的等效阻抗比傳輸線低12%左右，比如50歐姆的傳輸線在經(jīng)過過孔時阻抗會減小6歐姆（具體和過孔的尺寸，板厚也有關(guān)，不是絕對減?。?。但過孔因?yàn)樽杩共贿B續(xù)而造成的反射其實(shí)是微乎其微的，其反射系數(shù)僅為：（44-50）/（44+50）=0.06，過孔產(chǎn)生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。

　　重要線路上還是將過孔的數(shù)量減到最少為最佳。

　　PCB過孔的孔徑大小對通流的影響

　　我們先用Saturn的工具來算一下過孔的載流，還是采用IPC2152修正后的規(guī)范。

　　鍍銅厚度IPC2級或者IPC3級標(biāo)準(zhǔn)一般為0.8mil到1mil，我本來的計劃是使用較小的0.8mil。上周五周六的高速先生培訓(xùn)，有朋友提出極限情況下，過孔孔壁的鍍銅厚度可能上下寬，中間窄，所以最窄的地方極限可能是0.7mil。

　　1

　　雖然我覺得一個好的板廠，還是能滿足至少0.8mil的孔壁鍍銅厚度。不過在這篇文章，我還是決定采納那位朋友的意見，按照The Worst Case為0.7mil的孔壁鍍銅厚度來進(jìn)行評估。

　　設(shè)置如上圖的參數(shù)之后，我們分別對過孔載流做了計算，總結(jié)如下表：

　　對上面表格，我的一些分析：

　　1、12mil的孔徑可以安全承載1.2A左右電流，比行業(yè)里普遍認(rèn)可的0.5A要寬松；

　　2、更大的16mil、20mil甚至24mil的孔徑，在載流上優(yōu)勢并不明顯，也就是很多人回答說并不是線性增加。

　　所以我個人會比較推薦使用10~12mil的孔徑來承載電流，效率更高，也更方便設(shè)計。那么，是不是知道這個過孔載流數(shù)據(jù)，然后就可以安全的進(jìn)行設(shè)計了呢？我們來看看一些仿真的案例：

　　20A電流，打了20個12mil過孔，按照每個孔承載1.2A來計算，感覺非常安全。但是實(shí)際上電流并沒有你想象的聽話，并不是在20個過孔里面平均分配的。簡單的DC仿真，就可以看到過孔電流的情況。有些過孔走了2.4A的電流，有些才200mA。當(dāng)然，這個設(shè)計可能最終并不會有太大風(fēng)險。因?yàn)?2mil的過孔在溫升30度的時候是可以承載2A以上電流的。但是，如果不均勻性進(jìn)一步放大呢？這個是和你電流的通道，過孔的分布、數(shù)量都有關(guān)系的，萬一某個過孔走了3A甚至4A的電流呢？并且這時候你打25個或者30個過孔，只要沒有在電流的關(guān)鍵位置，提供的幫助并不會很大。原因就還是那句話：電流沒有你想象的聽話。

　　這個結(jié)論在確定銅皮寬度時也是成立的。我們從很多的仿真結(jié)果都能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大電流設(shè)計在一層銅皮不夠用的情況下，多增加一層來走電流，電流也并不會平均分配。由于文章篇幅的關(guān)系，沒法放太多的案例，如果大家感興趣，可以在微信后臺聯(lián)系高速先生小編。只要回復(fù)的人比較多，我們可以加一篇文章討論這個問題。

　　所以上期的問題答復(fù)，我給大家都扣了1分，原因就是：在電流達(dá)到20A這個量級或者更大時，常規(guī)的通過經(jīng)驗(yàn)或者公式計算的銅皮載流和過孔載流，都存在風(fēng)險。最有效的方式就是通過DC仿真軟件來進(jìn)行評估。

　　幫Sigrity的POWERDC或者類似的軟件打個廣告哈（不知道可不可以要求廣告費(fèi)呢^-^）。直流壓降類的仿真，算法不復(fù)雜，設(shè)置也簡單，仿真結(jié)果比較準(zhǔn)確，對大電流的設(shè)計幫助非常大。PCB設(shè)計工程師或者硬件工程師開始接觸仿真的入門必備工具哈。