過孔基礎(chǔ)知識(shí)

過孔基礎(chǔ)知識(shí)

過孔一般指印制電路板上的孔。過孔能夠用來安裝過孔器件或者在不同層之間走線(走線過孔)。在我們的眼中，安裝過孔和走線過孔的唯一區(qū)分是焊接完成后，安裝過孔有器件的一個(gè)腳焊接在孔里，而走線過孔依舊為空。在電氣方面，這2種過孔特別相像，在下面的章節(jié)我們將詳細(xì)描述。

注：本文中，焊盤指包圍在過孔四周的銅箔，過孔指焊接通孔和走線的孔。

7.1過孔的機(jī)械特性

當(dāng)過孔很大時(shí)，我們的布線空間就會(huì)很小，明顯我們盼望運(yùn)用小的過孔，但是多小才合適呢即使過孔已經(jīng)很小，過孔做的更小，也能夠在PCB板上布更多的線，提高布線密度。對(duì)于產(chǎn)品尺寸有限制的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者不得不使板上的過孔越來越小。

過孔越小，寄生電容就越小。這意味著越小的過孔在高速場(chǎng)合工作的越好。在最高速的PCB設(shè)計(jì)中，小過孔是強(qiáng)制運(yùn)用的。

當(dāng)然，小的過孔在生成過程中成本更高。工程設(shè)計(jì)中，性能越高成本越高是必定的，過孔也不例外。目前，對(duì)于過孔，我們有3個(gè)原則：

小的過孔占用小的面積

小的過孔有較小的寄生電容

小的過孔成本較高

不要低估合適尺寸過孔的重要性。章節(jié)7.1的剩余部分將探討成本和布線密度的權(quán)衡。章節(jié)7.2-7.4將探討速度問題。

7.1.1完成的過孔直徑

讓我們從頭開始探討過孔的直徑，后面的章節(jié)探討包圍過孔的焊盤尺寸以及焊盤問隙的問題。

由于安裝過孔要連接和固定芯片引腳，其直徑必需超過引腳直徑。在通常的PCB上，良好的焊接須要使過孔直徑超過引腳直徑0.010-0.028英寸(及焊接工藝有關(guān))。我們只能很少改變安裝過孔的直徑。

合適的布線過孔直徑是很難選擇的?？梢赃\(yùn)用的最小布線過孔直徑受到鉆孔和電鍍工藝的制約。小的孔須要小的鉆頭，而小鉆頭比大的簡(jiǎn)單折斷。假如你的板上全部過孔直徑都超過0.05英寸，PCB生產(chǎn)商將特別興奮。不幸的是，這么大的過孔嚴(yán)峻影響布線密度。

PCB上鉆小孔也耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于比較大的孔，可以把幾張PCB折疊起來一次鉆通。而小的鉆頭，不能保證鉆過多層PCB而不偏離中心。因此，加工小的孔須要耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。

電鍍不能通過很深的小孔?？咨疃却笥诳字睆?倍時(shí)，不能保證被電鍍的勻稱一樣。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)PCB材料(0.063英寸=1.6mm)，鉆孔的最小直徑為0.01-0.02英寸，及生產(chǎn)商的設(shè)備調(diào)整和生成要求有關(guān)。

全部的這些緣由提高了小過孔的成本。當(dāng)和PCB生產(chǎn)商談到費(fèi)用時(shí)，一定要把鉆孔實(shí)力和電鍍實(shí)力及蝕刻實(shí)力區(qū)分開。這兩種相近，但是不完全一樣。你須要的是加工不同直徑過孔的費(fèi)用表(價(jià)格/1個(gè)過孔)和不同布線寬度PCB的費(fèi)用表(價(jià)格/l平方英寸PCB)。你可以依據(jù)2個(gè)表選擇最佳的過孔直徑,布線寬度和PCB的層數(shù)。多數(shù)PCB廠商會(huì)適當(dāng)?shù)臑榱诉x擇PCB層數(shù)供應(yīng)參考。

什么才是合理的過孔尺寸限制呢美國(guó)軍方標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-275E列出了3中可以接受的誤差：舉薦(Preferred),標(biāo)準(zhǔn)(Standard),削減(Reduced)。舉薦類型的最便宜和簡(jiǎn)單生產(chǎn)。削減的成本高，難于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)的文檔IPC.D.300G列出了商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)略有不同。表7．1.7.3列出了MIL．STD．275E的部分內(nèi)容。

每個(gè)過孔在PCB表面都須要額外的空間來放置焊盤。焊盤連接過孔內(nèi)部到PCB表面的印制走線。包圍過孔的焊盤的尺寸主要由4個(gè)因素確定。表7.2列出了這些參數(shù)的典型值。

電鍍?cè)试S值(Platingallowance)

過孔直徑允許誤差(Holediametertolerance)

過孔對(duì)齊允許值(Holealignmentallowance)

要求的環(huán)形圈(Requiredannularring)

過孔電鍍前，必需鉆孔。電鍍過程覆蓋孔內(nèi)壁一層金屬，使其導(dǎo)通，厚度為0.00l或者0.002英寸。電鍍后的過孔直徑比鉆孔小0.002-0.004英寸。鉆孔和電鍍后過孔直徑的差異為電鍍?cè)试S值(Platingallowance)。電鍍?cè)试S值為2倍最大電鍍厚度。圖7.1描述了鉆孔直徑和電鍍完成的過孔直徑關(guān)系。不必?fù)?dān)憂電鍍厚度的不同，它為過孔直徑允許誤差的一部分。電鍍?cè)试S值只須要考慮名義上的電鍍厚度。

沒有生產(chǎn)廠家能夠完備的鉆孔。他們堅(jiān)持運(yùn)用鉆孔直徑誤差表達(dá)，帶誤差允許的鉆孔直徑表達(dá)方式為0.032q±0.3in?？字睆皆试S誤差引入了2個(gè)約束。

我們必需略微加大名義上的孔直徑，以便最小的孔給器件引腳留下足夠的空間，同時(shí)也要滿意電鍍要求的孔深度和寬度的比例。這個(gè)加大的值被計(jì)算到電鍍?cè)试S值。

另一方面，最大的孔直徑不能越過它的焊盤。焊盤應(yīng)被加大以免孔超越其范圍。

孔對(duì)齊允許誤差考慮在鉆孔機(jī)上的機(jī)械誤差。鉆孔機(jī)依靠板上供應(yīng)的特定參考孔操作。板上蝕刻的圖案也以參考孔為基準(zhǔn)。機(jī)械操作過程的參照不是特別精確的。生產(chǎn)廠家引用孔對(duì)齊誤差允許值來描述蝕刻的焊盤中心及鉆孔中心的距離?？讓?duì)齊誤差允許值包括鉆孔和蝕刻造成的錯(cuò)誤。

參考圖7.2，焊盤鉆孔后留下的一圈焊盤叫環(huán)形圈(Annularring)。假如鉆孔偏離中心，環(huán)形圈的一側(cè)將變薄甚至在一側(cè)斷裂。嚴(yán)峻的斷裂，假如發(fā)生在走線的一側(cè)，可能影響過孔內(nèi)壁和表面走線的電氣連接。須要的環(huán)形圈參數(shù)說明白在最差鉆孔狀況下，包圍過孔的焊盤的最小范圍。假如畫PCB時(shí)，在每個(gè)過孔的走線側(cè)畫一個(gè)凸出，你可以在商業(yè)產(chǎn)品中運(yùn)用0或略微負(fù)的環(huán)形圈要求。這種方式不能用于軍用或者高牢靠性產(chǎn)品上面。

最小的焊盤直徑可以安裝下面公式計(jì)算：

PAD=FD+PA+2(HD+HA+AR)

[7.1]

說明：PAD最小焊盤直徑

FD要求的最小完成孔直徑

PA