​PCB 设计过孔载流能力分析

作为 PCB 设计的新手，常常会遇到电源通道处理不当的问题，如过孔数量不足或电源通道路径不够宽，导致设计不合格，最终产品报废。那么，如何在 PCB 设计中正确处理电源通道过孔的布局？本篇文章将详细介绍相关内容。

过孔的定义

过孔，亦称金属化孔，是在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在需要连通的导线交汇处钻上的公共孔。过孔的主要参数包括孔的外径和钻孔尺寸。

过孔的类型

根据应用需求，过孔可分为普通过孔、盲孔和埋孔。

普通过孔：连接不同层次的电路路径。

盲孔：连接外层和内层，但只钻到一定深度。

埋孔：完全位于内层，用于连接内部电路。

IPC2 级标准

大多数常规 PCB 板生产按 IPC2 级标准进行，生产的孔铜厚度一般为 0.8mil 到 1mil 左右（大家可以查一下 IPC2 级标准的具体内容）。生产时大家以为的生产出来的过孔是这个理想的情况（如下图示），孔的大小规整，孔铜厚度均匀。

实际我们生产出来的 PCB 上的过孔是这种情况（下图示，生产质量较好的情况下）。

大家可以看到，通常生产的 PCB 过孔孔壁的镀铜厚度可能在上下部分较宽，而中间部分较窄，因此最窄处的厚度极限可能是 0.7mil。基于此最窄孔铜厚度，我们可以计算出在常规使用情况下（温升在 10 度以内），不同尺寸过孔的载流能力，结果如下图所示：

看到上面的表格，大家可能会产生疑问：在 PCB 设计中，为什么不直接使用较大的孔径（如 16mil 或 20mil）来确保通流能力，而是通常使用 10mil 或 12mil 的过孔呢？

原因有以下几点：1、对于常规板，10mil 和 12mil 的过孔已经能够满足其承载电流的需求。2、使用 10mil 和 12mil 的过孔，可以提高 PCB 设计的效率，更方便设计工作。

我们知道单个过孔的载流能力，但是否可以直接根据电流设计值来计算所需的过孔数量，然后在设计时布置这些数量的过孔，以确保设计的安全性呢？我们来看一下某公司的仿真案例

假设有 20A 电流，通过 20 个 12mil 过孔，按每个过孔承载 1.2A 来计算，应该是非常安全的。然而，实际情况并非如此，电流并不会在所有过孔中均匀分配。

简单的 DC 仿真就可以显示出每个过孔的电流分布情况。有些过孔承载了 2.4A 的电流，而有些仅承载了 200mA。尽管 12mil 的过孔在温升 30 度时可以承载超过 2A 的电流，但这种不均匀性可能会进一步放大。

电流分布受电流通道、过孔分布和数量等因素的影响。如果某个过孔承载了 3A 甚至 4A 的电流，会产生潜在风险。这时候增加过孔数量（如打 25 或 30 个过孔），如果没有放在电流的关键位置，帮助也不会很大。电流分布并不均匀，同样的结论适用于确定铜皮宽度时。

仿真结果表明，当单层铜皮无法满足大电流设计需求时，即使增加多层来走电流，电流也不会均匀分配。因此，在设计时，我们通常会在电源通道上多打几个过孔。虽然不能完全确保所有过孔都有效，但考虑到生产因素（如某个过孔因生产不合格而失效），多打一些过孔可以起到补充作用。

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