|PCB设计过孔载流能力分析

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PCB设计过孔载流能力分析
作为一个做设计的新手，在刚学PCB设计时，经常会由于电源通道处理不当（过孔数量打的不够、电源通道路径不够宽），而导致PCB设计不合格，生产出来的PCB报废。那么，我们在做PCB设计时电源通道处过孔需要怎么打哪个类型的？过孔数量要打多少个？本篇文章将给大家作一些详细的介绍。
过孔定义：
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。过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
一般我们常规的PCB板生产都是按IPC2级标准生产，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，孔铜厚度非常匀称：

理想很丰满，不过现实却。。。。。。。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，一般生产出来的PCB的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 。现在，我们可以基于最窄孔铜厚度来计算温升在10度情况下（常规PCB使用情况下），我们所使用的不同大小过孔的载流能力，结果如下图示：

看到上面表格，大家是不是会产生疑问：我们做PCB设计时，在处理电源时用大的孔径（16mil、20mil）就好了，可以保证其通流能力。但为什么一般都使用10mil、12mil过孔呢？理由有以下几个：
1、对于常规板，用10mil、12mil过孔是可以满足其承载电流的能力的。
2、用10mil、12mil过孔，在做PCB设计时，设计效率会更高，方便我们设计。
我们知道单个过孔载流能力，是不是直接用公式除一下电流设计值然后就可以得到相应过孔数量，在设计时打此数量就可以保证设计安全性呢？我们来看一下某公司的仿真案例：

20A电流，打了20个12mil过孔，按照每个孔承载1.2A来计算，应该非常安全。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。原因就是电流没有你想象的听话，不是均匀分布。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。一般我们在做设计的时候会考虑在电源通道多打几个过孔，虽然不能完全确认打的过孔有效，但考虑到生产的因素，比如生产时电源通道某个过孔会由于生产不合格而失效，多打的过孔有一定的补充作用。