PCB层间连接—垂直导电的桥梁与电气原理
来源：捷配
时间: 2026/02/27 10:14:28
阅读: 16
在单面板和双面板中，电流可以在顶层和底层流动，通过元件引脚实现简单连接。但在手机、服务器、汽车电子、通信设备等复杂产品中，必须使用 4 层、6 层、8 层甚至几十层的多层 PCB。多层板意味着线路分布在不同内层，如何让电流在不同层之间流动？答案就是层间连接。层间连接是 PCB 垂直方向的导电通道，被称为 “立体电路的桥梁”。没有可靠的层间连接，多层板只是一堆无法导通的废板。
层间连接最主流、最核心的方式是金属化过孔，也就是通过钻孔→去钻污→化学沉铜→电镀铜，在孔壁上形成一层连续、均匀、致密的铜层，使上下层或内层之间实现电气导通。从导电原理看，过孔就是一段圆柱形的铜导体，电流可以从一层流到另一层，实现立体互联。
根据结构不同，过孔分为三类：
- 通孔：从顶层贯穿到底层，工艺最简单，成本最低，应用最广；
- 盲孔：从表层连接到内层，不贯穿整个板；
- 埋孔：连接内层与内层，完全隐藏在板内部。
盲孔和埋孔可以节省表面空间，缩短互联长度，降低寄生参数，多用于高密度、高速 PCB，如手机主板、高速显卡等。
层间连接的导电能力取决于孔壁铜层厚度、孔径大小、孔的数量、是否填孔等。过孔铜厚一般要求 20μm 以上，厚铜、大电流板要求更高。铜层过薄、有针孔、断裂、结合力差，都会导致导通不良、开路、发热烧毁。
从电学角度看，过孔虽然能导电，但不是理想导体，它存在寄生电阻、寄生电感、寄生电容，这三个参数对高速信号影响极大。
- 寄生电阻：导致小压降，大电流下会发热；
- 寄生电容：与地平面相关，会减慢信号边沿；
- 寄生电感：是高速信号最主要的影响因素，会引起阻抗不连续、噪声、地弹、反射。
频率越高，寄生电感的影响越明显。因此高速电路设计中，会尽量减少过孔数量、使用短过孔、小孔径、多过孔并联接地，以降低寄生电感。
层间连接不仅用于信号导通，更用于电源与地的低阻抗连接。电源、地需要大量过孔并联，以减小总阻抗，降低压降与噪声。例如 CPU、GPU 附近会使用大量接地过孔，目的就是提供低阻抗回流路径，抑制噪声，提高稳定性。
在大电流场景中，单个过孔的载流能力有限，电流流过过孔会产生热量，温升过高会导致孔壁铜层断裂、介质烧焦、分层失效。因此大电流路径通常使用多个过孔并联，提高总载流能力。工程师需要根据电流大小、允许温升、孔径、铜厚计算过孔数量。
层间连接的可靠性是 PCB 失效分析中的重点。过孔常见失效模式包括：
- 孔壁断裂：热膨胀系数不匹配，在反复温循后出现 “桶形断裂”；
- 电镀空洞、针孔：导致导电不良、局部发热击穿；
- 孔内无铜、漏镀：造成开路；
- 孔口裂纹、应力集中：机械应力导致开裂；
- 电迁移、腐蚀：潮湿高压下铜离子迁移，造成短路。
这些失效都与导电直接相关，一旦出现，会导致开路、短路、漏电、间歇性故障，非常难排查。
除了过孔，层间连接还有一些特殊形式，如跳层连接、台阶孔、填孔电镀、铜柱孔等，用于高密度、高频、大功率场景。例如填孔过孔可以提高可靠性，改善散热，减少空洞效应；铜柱孔则用于更精准的层间互联，常用于先进封装载板。
从系统层面看，层间连接让 PCB 从二维平面导电升级为三维立体导电，使高密度、高性能、小型化成为可能。它承担着：
- 信号跨层传输
- 电源分层配送
- 地层回流贯通
- 散热垂直通路
- 静电泄放通道
没有稳定可靠的层间连接，就没有现代高密度电子系统。
层间连接是 PCB 垂直方向的导电核心，其原理看似简单：“打孔镀铜导电”，但背后涉及材料、电化学、结构力学、电磁学、热设计、可靠性等多个领域。理解过孔的导电特性、寄生参数、载流能力与失效模式，是设计高速、高可靠、高密度 PCB 的必备能力。
微信公众号
微信小程序
抖音视频号
浙公网安备 33010502006866号