如何優(yōu)化PCB過(guò)孔設計？電子工程師不可忽視的核心細節

設計優(yōu)秀的PCB不僅需要創(chuàng )新的設計理念，而且依賴(lài)于對PCB工藝的深刻理解。過(guò)孔設計作為PCB設計中的關(guān)鍵環(huán)節，對PCB的制造和性能至關(guān)重要。本文，我們將解析PCB過(guò)孔設計，助力電子工程師更高效地完成硬件研發(fā)。

要回答上述問(wèn)題，我們先來(lái)看看PCB上的孔是如何來(lái)的。

在PCB制造過(guò)程中，先開(kāi)料，即利用自動(dòng)開(kāi)料機將大尺寸的覆銅板切割成符合生產(chǎn)需求的特定規格基材。

大料

然后，用數控鉆孔機在覆銅板上預定的位置精確鉆出孔。由于鉆頭是圓形的，所以無(wú)法鉆出方形的孔。

打個(gè)比方，把一個(gè)圓形乒乓球放在直角墻角，球體圓弧與直角會(huì )存在一定的間距，稱(chēng)作“R角”。

鉆咀

像嘉立創(chuàng )，加工PCB采用機械鉆孔，其鉆咀規格以0.05mm為單位。

查了下嘉立創(chuàng )官網(wǎng)工藝參數，圓孔鉆刀的規格為0.15mm-6.30mm。如果是槽孔，最小鉆刀規格為0.65mm，這適合用來(lái)加工金屬化槽孔；最小槽孔鑼刀為1.0mm，適用于加工非金屬化鑼槽。

所以，在設計PCB時(shí)，過(guò)孔不能設計成任意大小。

多大的孔稱(chēng)為小孔？從PCB制造角度來(lái)說(shuō)，0.3mm為分界點(diǎn)，小于0.3mm的孔被稱(chēng)為小孔。

過(guò)孔越小，越難加工，尤其是過(guò)孔大小接近工藝極限時(shí)。

這個(gè)問(wèn)題在行業(yè)中被稱(chēng)為“縱深比”問(wèn)題�？v深比定義為板厚與過(guò)孔直徑的比值，縱深比越大，意味著(zhù)加工難度越高。換句話(huà)說(shuō)，過(guò)孔越小越難加工。難點(diǎn)有三：

一是難電鍍�？讖降目s小會(huì )導致電鍍過(guò)程中銅層難以均勻沉積，容易出現孔無(wú)銅或壞孔問(wèn)題。簡(jiǎn)單說(shuō)，過(guò)孔越小，沉銅直通率越低。

如果在嘉立創(chuàng )生產(chǎn)PCB，為確保PCB質(zhì)量，嘉立創(chuàng )會(huì )通過(guò)四線(xiàn)低阻測試對孔壁鍍銅情況進(jìn)行檢測。與傳統測試方法相比，四線(xiàn)低阻測試具有更高的檢測精度，及時(shí)檢測出壞孔問(wèn)題，確保產(chǎn)品的可靠性和品質(zhì)。

二是加工效率低。小孔鉆刀的有效長(cháng)度越短，因此在加工時(shí)，同一批次能夠鉆孔的片數就越少。這直接影響到生產(chǎn)效率。

為避免鉆頭斷裂，在鉆小孔時(shí)，設備需要降低進(jìn)刀速度，同時(shí)提高轉速。這不僅會(huì )延長(cháng)加工時(shí)間，還會(huì )增加鉆頭的磨損率。

因此，在PCB設計時(shí)，盡量將過(guò)孔尺寸設計為大于0.3mm，以確保加工效率和降低成本。只有在空間受限的情況下，才考慮使用小孔。

三是外徑尺寸的問(wèn)題。在設計導通孔或焊接孔時(shí)，需要考慮內徑和外徑的尺寸要求。這些參數直接影響PCB的制造工藝。以嘉立創(chuàng )為例，雙面板和多層板最小加工參數的內徑為0.15mm，外徑為0.25mm。

嘉立創(chuàng )如今可以生產(chǎn)6-32層的高多層板。憑借自研的超高層工藝、盤(pán)中孔工藝等技術(shù)，嘉立創(chuàng )生產(chǎn)的PCB最高層數可達32層，最小孔徑達0.15mm，最小線(xiàn)寬線(xiàn)距可達0.0762mm，并支持數百種層壓結構。尤其是盤(pán)中孔工藝，6層以上高多層板全部采用樹(shù)脂塞孔+電鍍蓋帽工藝，使過(guò)孔可以直接打在焊盤(pán)上，且成品焊盤(pán)表面更平整，布線(xiàn)空間更大。

盤(pán)中孔工藝示意圖

如果焊環(huán)偏小，在加工過(guò)程中，PCB可能因為鉆孔設備的偏差和對位公差，導致鉆孔與菲林上的焊盤(pán)中心位置發(fā)生偏移，出現偏孔現象。

這種偏移會(huì )降低焊盤(pán)的有效面積，增加制造缺陷的風(fēng)險，甚至導致電氣連接失敗。

因此，合理設計焊環(huán)尺寸并考慮制造公差，對于保證PCB的質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要。

槽孔是PCB設計時(shí)不容忽視的另一類(lèi)過(guò)孔。尤其在一些特殊的封裝中，槽孔是必不可少的設計元素。

設計槽孔時(shí)，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需特別注意：

一，“短槽”是PCB鉆孔中最難加工的。槽長(cháng)小于槽寬兩倍的槽孔稱(chēng)之為短槽。由于槽長(cháng)小于槽寬兩倍，所以鉆了首孔再鉆尾孔時(shí)，會(huì )導致鉆刀部分在基材上，部分懸空，在受力不均的情況下，會(huì )導致槽孔鉆歪或偏短。因此，建議槽孔設計的最佳長(cháng)寬比為長(cháng)/寬≧2.5。

二，長(cháng)槽采用噴錫工藝。設計槽孔時(shí)，建議選擇噴錫工藝，尤其是槽孔長(cháng)度超過(guò)5mm，槽孔兩面環(huán)寬最好大于0.3mm（極限為0.2mm），或者采用沉金工藝。如果槽孔環(huán)寬小于0.3mm，在噴錫過(guò)程中，噴錫沖壓力太大，容易出現爆孔問(wèn)題。如果一面孔環(huán)銅皮符合要求，而另外一面沒(méi)有銅環(huán)的情況。這種單邊銅環(huán)的槽孔，更容易受到?jīng)_擊，導致爆孔。

噴錫爆孔（左側和右側所示）

當槽孔密集排列時(shí)，基材的經(jīng)緯線(xiàn)可能在鉆孔過(guò)程中被破壞，進(jìn)而導致噴錫時(shí)出現爆孔問(wèn)題。這種特殊形態(tài)的設計，建議使用沉金工藝。

在PCB中，孔徑分為過(guò)孔（Via）和元件孔（Pad），一定不要混用。

過(guò)孔一般是起到兩面導通的作用，加工過(guò)程常規是選擇蓋油處理。

元件孔（Pad）通常是設計成插件孔，在插件焊接時(shí)使用。

如果混用過(guò)孔（Via）和元件孔（Pad），一種情況是誤將過(guò)孔（Via）屬性用于插件封裝中當做元件孔。選擇過(guò)孔蓋油時(shí)，插件孔會(huì )被油墨蓋住或者堵住，且大小無(wú)法達到有效控制。

另一種情況是誤將元件孔（Pad）當做過(guò)孔使用，那么軟件自動(dòng)關(guān)閉過(guò)孔開(kāi)窗時(shí)，無(wú)法有效識別，會(huì )導致需要蓋油的過(guò)孔無(wú)法蓋油。