PCB的安装孔 是否需要接地?
硬十 2025-06-24
网上流传的某为规范:

孔的属性:金属化孔和非金属化孔

定义:

非金属化孔:Non-Plated Through Hole,缩写为NPTH。仅仅在板子成品的后工序中,单纯钻一个孔而已,用作机械的定位而已。这个孔跟金属化孔一样,也可以有钻孔跟焊盘,只是孔内壁没有铜上下不导通的孔,所以叫做非金属化孔。

这种孔内壁上没有沉铜,在使用中没有任何电气连接。主要用于电子元件组装时的定位,也可用于拼版时接缝的连接。

用关于元器件定位的非金属化孔

用于拼版接缝处的非金属化孔

金属化孔:指顶层和底层之间的孔壁上用化学反应将一层薄铜镀在孔的内壁上,使得印制电路板的顶层和底层相互连接。

金属化孔又分为过孔(VIA)和焊盘(PAD),过孔用于两层线路之间的电气连接,焊盘则用于安装插装电子元件。过孔和焊盘虽然用途不同,其孔的成型却是相同的。过孔可以在表面覆盖阻焊达到绝缘的作用,也可以不使用阻焊后期在波峰焊时浸入焊锡增加过流能力,而焊盘则只能阻焊开窗。

区别:

金属化孔与非金属化孔的最大的区别在于过孔的内壁是否有铜。

一种情况是把安装孔处理成非金属化孔,则这个孔其实应该是绝缘的,所以这个安装孔本质是不接外壳的。也没有网络,所以这个孔不会接地。第二种情况,是这个安装孔做成

这种PCB安装孔设计通常被称为 接地铁壳安装孔 接地焊盘

其核心设计是将安装孔通过多个过孔(围绕中心孔的小孔)与PCB的接地层(GND)相连,主要作用包括:

  • 抑制电磁干扰(EMI) :通过接地形成屏蔽,降低电路板对外辐射干扰,同时增强抗外界电磁干扰能力。
  • 静电防护(ESD) :为静电提供泄放路径,保护敏感元件免受静电损伤。
  • 稳定接地参考 :为整板提供低阻抗的接地基准点,尤其在金属外壳安装时,可连接机箱地实现系统级接地。

该设计在金属外壳设备、高频电路、抗干扰要求高的场景中尤为关键。

金属化孔 vs 非金属化孔的优缺点

1. 金属化孔(Plated Through Hole, PTH)

  • 优点:

    • 机械强度高 :孔壁镀铜后与 PCB 结合更紧密,螺丝固定时不易损坏 PCB 边缘。
    • 电气连接能力 :通过金属化孔与接地层(GND)连接,可实现屏蔽、散热或与机箱接地互联。
    • 散热性能 :铜层导热性更好,适合需要散热的安装场景。
  • 缺点:

    • 成本较高 :金属化孔需要额外的电镀工艺,增加制造成本(这个成本可以忽略不计)
    • 潜在短路风险 :如果安装孔附近有其他信号层或电源层,金属化可能引入意外短路(需通过设计规则检查避免)。
    • 高频干扰风险 :未良好接地的金属化孔可能成为天线,辐射或接收电磁噪声。

2. 非金属化孔(Non-Plated Through Hole, NPTH)

  • 优点:

    • 成本低 :无需电镀工艺,适合低成本设计。()这个成本可以忽略不计。
    • 无电气风险 :无金属化层,避免意外短路或接地环路问题。
    • 加工简单 :钻孔后无需额外处理,尤其适合快速打样。
  • 缺点:

    • 机械强度低 :螺丝拧紧时易导致孔边缘分层或破损。
    • 无法接地或散热 :非金属化孔无法与 PCB 接地层连接,失去 EMI 屏蔽和导热功能。

重点讨论在金属化的孔的场景下:1、电路板的GND不连接安装孔,则安装孔仅仅与外壳连接,GND不在安装孔位置与金属外壳连接。2、电路板的GND连接安装孔,则安装孔仅仅与外壳连接,GND会通过安装孔与金属外壳连接。 在这种情况下,还需要分析两种情况,一是金属外壳是否良好接地: 情况一、金属外壳良好接地。 情况二、金属外壳是悬空的(例如金属壳移动机器人)

使用机箱接地时,你可以通过在连接到机箱的接地部分放置一个空隙来避免接地回路,如下所示。电容的使用提供了一个交流接地点。对于需要使用墙壁电源并需要直接返回地面的电气设备来说,这是一种理想的情况。

消除接地回路天线

始终提供一个共同的接地点(要并联单点接地,不要串联地线)

无论是单层 PCB 还是多层 PCB ,都需要一个点来将所有接地点连接在一起。这可能是机箱上的金属框架或 PCB 上的专用接地层,你通常会听到将这个公共接地点称为星形接地。

始终提供一个共同的接地点

基于以上要求,其实我们的PCB应该避免出现串联单点接地。

如果我们本板通过电源和地线接到供电侧,则GND应该通过电源输入的地点单点接地。如果我们供电地线短接GND的同时,还通过安装孔和外壳接地,其实本质就是多点接地。并且我们一般场景下都是多个安装孔。



单点接地:单点接地策略是将所有接地点汇聚于一个共同的参考点。这种方法在低频电路中尤为有效,因为低频下导线的长度和寄生效应的影响较小。对于频率低于1MHz的电路,单点接地是理想的选择,因为它简化了布线并减少了接地回路的复杂性。

多点接地:与单点接地相对,多点接地策略将每个接地点直接连接到最近的接地平面,如设备的金属底板。这种方法在高频电路中更为常见,因为高频信号下,寄生电容和电感的影响变得显著。在频率超过10MHz的电路中,多点接地有助于减少这些寄生效应对信号完整性的干扰。

多点接地会有什么问题?

多点接地会形成多个闭合电流回路,当不同接地点存在电位差时(如交流电源地、数字地与模拟地的差异),地回路中会产生电流(典型值:μA~mA级),导致共模噪声。多点接地路径的寄生电感(典型值:1nH/mm)在高频(如>100MHz)下形成阻抗,导致信号回流路径阻抗升高。那么你是怎么考虑的呢?
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