高速PCB为什么越来越重视过孔设计？

高速PCB越来越重视过孔设计，是因为随着PCIe、SerDes、高速Ethernet等接口速率提升，过孔已经不能只看成一个简单的“层间连接孔”。

高速信号经过Via换层时，会遇到阻抗不连续、寄生电容、寄生电感以及Via Stub等问题。速率越高，这些影响越容易成为整个高速链路中的性能瓶颈。

因此，高速PCB的过孔设计，本质上是在解决一个问题：如何让信号从一层换到另一层时，尽可能少产生反射和损耗。

一、普通PCB中的过孔主要做什么？

普通PCB中，Via主要负责不同铜层之间的电气连接。

设计时通常重点考虑：

· 孔径

· Pad尺寸

· 孔环

· 电流能力

· 制造可靠性

只要能够稳定导通，通常就可以满足基本需求。

但到了高速PCB，Via本身也成为信号传输路径的一部分。

二、高速信号经过Via会发生什么？

PCB表层或内层走线具有相对连续的传输线结构。

当信号进入Via时，结构突然从：平面线路

变成：垂直金属孔

局部电磁场分布也会发生变化。

如果Via结构设计不合理，就可能产生阻抗不连续，从而造成信号反射。

速率越高，这种影响通常越明显。

三、为什么数据速率越高越敏感？

高速数字信号包含丰富的高频成分。

当信号边沿越来越快时，即使Via只有几毫米长，也不能再简单按照普通导线处理。

因此，在较低速率下影响很小的Via结构，到了更高速的SerDes链路中，可能已经成为明显的不连续点。

所以高速PCB升级过程中，设计重点会逐渐从：“线路能不能连接”

转变为：“整个Channel能不能保持连续的传输特性”。

四、Via为什么会产生寄生电容？

Via周围通常存在Pad、Anti-pad和参考平面。

这些金属结构会形成一定的寄生电容。

如果Via Pad较大、Anti-pad较小，局部电容效应可能更加明显。

结果可能导致Via区域阻抗下降。

因此，高速Via设计通常需要同时优化：

· Pad

· Anti-pad

· 孔径

· 参考平面结构

而不能只确定一个钻孔尺寸。

五、Via为什么也会产生寄生电感？

Via本身是一段垂直导体。

信号经过Via时，会产生相应的寄生电感。

Via越长，其电气影响通常越值得关注。

因此：厚板 + 高多层 + 长Via

往往比薄板中的短Via更加需要进行高速信号完整性分析。

六、Via Stub为什么是重点问题？

假设一个通孔贯穿20层PCB，但高速信号只从L1连接到L8。

那么L8以下剩余的孔段没有参与实际信号连接。

这部分就是：Via Stub。

Stub相当于连接在高速传输路径上的一个开路支路，可能产生：

· 反射

· 谐振

· 插入损耗增加

· 眼图恶化

因此，高速PCB越来越重视Via Stub长度。

七、高多层PCB为什么特别关注Via？

高多层PCB通常意味着PCB可能更厚。

例如20层、30层PCB中的机械通孔长度明显增加，如果信号只连接其中几个层，剩余Stub可能较长。

因此：层数增加 → 板厚可能增加 → Via变长 → Stub风险增加。

这也是高速高多层PCB经常采用背钻的重要原因之一。

八、差分Via为什么要成对设计？

PCIe、SerDes、高速Ethernet等大量采用差分信号。

两根差分线进入Via以后，需要尽量保持结构对称。

如果两个Via的：

· 孔径不同

· Pad不同

· Anti-pad不同

· 周围参考结构不同

可能造成差分不平衡。

进一步可能产生：差模 → 共模转换

从而影响信号完整性和EMI表现。

因此，高速差分Via通常需要作为一个整体进行设计。

九、为什么Via旁边经常放GND Via？

高速信号换层时，不只是信号本身发生层间转换，信号对应的回流路径也需要保持连续。

如果高速信号从一个参考平面切换到另一个参考平面，而附近没有合理的回流路径，就可能增加回流路径长度和局部不连续。

因此，高速Via附近经常配置：GND Stitching Via

帮助高频回流电流在不同参考平面之间建立更短的连接路径。

具体数量和位置需要根据实际结构和仿真确定。

十、Anti-pad为什么越来越重要？

Anti-pad是参考平面上围绕Via形成的避空区域。

它会直接影响Via周围的寄生电容和局部阻抗。

Anti-pad过小，Via与参考平面之间的电容可能增加；

Anti-pad过大，又可能破坏参考平面的连续性，并占用更多布线空间。

因此，高速PCB中的Anti-pad通常需要结合Via结构和阻抗目标优化。

十一、背钻为什么能改善Via性能？

背钻可以去除机械通孔中不参与信号连接的部分Via Barrel。

例如：

原来Stub为较长的一段

↓

背钻去除大部分多余孔铜

↓

只保留较短残桩

这样可以降低Stub对高速信号产生的谐振和反射影响。

因此，背钻经常用于：高速 + 高多层 + 厚板PCB。

十二、HDI微孔为什么适合部分高速设计？

激光微孔通常只连接相邻或少数层。

与贯穿整板的机械通孔相比，其垂直连接距离更短，也可以避免较长的贯通Via Stub。

同时微孔尺寸较小，适合Fine Pitch BGA扇出。

因此，部分高速高密度PCB会采用：Microvia + Via in Pad改善布线密度和高速互连结构。

但HDI也会增加填孔、多次压合等制造复杂度。

十三、能不能把所有高速Via都改成微孔？

没有必要。

Via结构应该根据：

· BGA Pitch

· PCB层数

· 信号速率

· 换层位置

· 板厚

· 成本

综合选择。

如果普通机械通孔配合背钻已经能够满足信号完整性要求，就没有必要为了“高速”全部改成HDI。

十四、过孔数量为什么也需要控制？

每增加一次Via换层，就会增加一个传输结构不连续点。

例如一条高速链路频繁：L1 → L8 → L3 → L14 → L6

即使每个Via单独设计都没有明显问题，多个Via累积后仍可能增加整个Channel的插入损耗和反射。

因此，高速Layout通常会尽量减少不必要的换层次数。

原则可以简单理解为：能少换层，就不要频繁换层。

十五、高速Via设计主要看哪些参数？

建议重点关注：

· Finished Hole孔径

· Pad尺寸

· Anti-pad尺寸

· Via长度

· Stub长度

· 信号连接层

· GND回流Via

· 差分Via间距

· 背钻深度

· 残桩要求

对于高速SerDes，通常还需要结合3D电磁仿真评估Via结构。

十六、过孔设计为什么要和叠层一起做？

Via长度和Stub长度都由实际PCB叠层决定。

例如信号从L1换到L10：如果L10距离TOP为0.8mm，与距离TOP为1.8mm，Via的电气特性显然不同。

因此，高速PCB不能先完成所有Via设计，再让板厂随意调整叠层。

更合理的流程是：

确定材料和叠层

↓

确定信号层和参考层

↓

确定Via结构

↓

确定背钻/微孔方案

↓

完成高速Layout

十七、哪些高速PCB特别需要关注Via？

主要包括：

· AI服务器主板

· GPU加速卡

· 高速交换机

· 高速网卡

· 光通信设备

· 数据中心设备

· FPGA高速接口板

这些产品通常具有大量高速SerDes和差分信号，Via结构可能直接影响整个高速Channel性能。

十八、聚多邦高速PCB制造能力

聚多邦支持1～40层高频高速、高多层及HDI PCB制造。

支持0.075～0.15mm激光微孔，以及背钻、Via in Pad、填孔、叠孔/错孔、混压、阻抗控制等相关工艺。

材料方面支持Rogers、M6/M7、PTFE等，可结合项目的高速信号、叠层、Via结构和阻抗要求进行DFM评估。

对于AI服务器、高速交换机及高速通信PCB，建议在Layout阶段同步确认叠层、机械孔/微孔、Anti-pad、背钻方向和Stub要求，避免设计完成后再调整Via结构。

常见问题

1. 高速信号是不是不能使用机械通孔？

不是。机械通孔仍然大量应用于高速PCB，可以结合Via优化和背钻满足高速需求。

2. Via越小，高速性能一定越好吗？

不一定。需要综合考虑Via长度、Pad、Anti-pad、Stub和参考平面等结构。

3. 高速差分Via旁边为什么放GND Via？

主要用于改善换层时的高频回流路径连续性，具体位置和数量需要根据实际设计确定。

4. Via Stub越短越好吗？

一般来说，减少不必要的Stub有利于降低其高速谐振影响，但最终仍需结合链路和制造能力确定。

5. 高速Via一定需要仿真吗？

速率较高、链路裕量较小或Via结构复杂时，建议进行SI或3D电磁仿真，而不是只依赖经验规则。

结语

高速PCB越来越重视过孔设计，是因为信号速率提高以后：Via已经从“连接结构”变成了“高速传输结构”。

它不仅需要保证电气导通，还需要控制：阻抗不连续、寄生电容、寄生电感、Via Stub和回流路径。

因此，高速PCB设计不能只优化走线，而忽略信号换层的那几毫米。

很多时候，高速链路真正容易出现问题的地方，恰恰不是一段很长的差分线，而是Via、连接器和其他局部阻抗不连续结构。