PCB通孔尺寸和焊盤(pán)尺寸指南

2022-04-16

PCB通孔尺寸和焊盤(pán)尺寸指南

PCB設計和布局的某些方面看似簡(jiǎn)單，但它們的答案卻與制造的許多重要方面相關(guān)。這些設計方面之一是PCB通孔尺寸和焊盤(pán)尺寸之間的匹配。顯然，這兩點(diǎn)是相關(guān)的；所有過(guò)孔都有（或應該有）一個(gè)支撐過(guò)孔的著(zhù)陸焊盤(pán)，并提供將走線(xiàn)布線(xiàn)到過(guò)孔焊盤(pán)的位置。但是，在匹配焊盤(pán)和過(guò)孔尺寸時(shí)需要遵循一些重要的尺寸指南，這種匹配是 DFM 和可靠性的重要元素。

您為設計選擇的焊盤(pán)尺寸與制造過(guò)程中發(fā)現的另一個(gè)重要設計方面有關(guān)，稱(chēng)為環(huán)形圈。在IPC標準下，過(guò)孔的焊盤(pán)與層數、過(guò)孔尺寸和鍍層厚度有關(guān)，焊盤(pán)的尺寸應使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)形圈足夠大。這是一個(gè)很難找到具體答案的領(lǐng)域，而不僅僅是“什么是環(huán)形圈？”的答案。我們將在本文中研究答案以及它與兩個(gè)重要的 IPC 標準之間的關(guān)系。

PCB過(guò)孔和焊盤(pán)尺寸基礎知識

每個(gè)過(guò)孔都應該在表面層上有一個(gè)著(zhù)陸焊盤(pán)，跡線(xiàn)可以在該焊盤(pán)上進(jìn)行電氣連接；問(wèn)題是過(guò)孔焊盤(pán)需要多大。在為通孔選擇合適的焊盤(pán)尺寸時(shí)，有幾個(gè)地方可以開(kāi)始尋找：

走線(xiàn)寬度：通常認為焊盤(pán)尺寸應略大于過(guò)孔尺寸。因此，如果您使用較大的跡線(xiàn)寬度，例如較大的受控阻抗跡線(xiàn)，您將需要更大的焊盤(pán)尺寸。請注意，這也不需要大通孔。

可靠性：更大的焊盤(pán)將更可靠，正如我們將看到的，這就是本文的全部重點(diǎn)……IPC 標準對此有很多話(huà)要說(shuō)，并將確定給定的鉆孔擊打是否會(huì )在通孔焊盤(pán)中產(chǎn)生缺陷。

過(guò)孔類(lèi)型和層數：正如我們將在下面看到的，一旦層數超過(guò) IPC-2221 下的 8 層，層數也會(huì )影響焊盤(pán)尺寸。

考慮到這一點(diǎn)，我喜歡首先選擇將在整個(gè)電路板中使用的通孔尺寸。然后，我將調整著(zhù)陸臺的大小，使其符合特定的IPC 等級要求。這是我們需要考慮制造過(guò)程中留在電路板中的圓環(huán)尺寸的地方。

基于環(huán)形的尺寸墊

在下文中，我們將考慮剛性PCB 上的電鍍通孔。對于其他類(lèi)型的PCB，例如flex或HDI設計，我們對可用于計算通孔尺寸的環(huán)形圈有不同的標準。查看本文的最后一部分，了解其他一些管理PCB布局和性能認證的標準。

如果我們查看 IPC-2221 標準，有一個(gè)適用于外部焊盤(pán)和內部焊盤(pán)的環(huán)形圈的簡(jiǎn)單定義。一些設計師將交替使用術(shù)語(yǔ)“環(huán)形環(huán)”、“焊盤(pán)”、“焊盤(pán)”和其他術(shù)語(yǔ)。這些定義如下圖所示，或者您可以在 IPC-2221A 第 9.1.2 節中找到這些定義：

IPC-2221標準和IPC-6012標準下的環(huán)定義。

這里，我們對圓環(huán)有兩個(gè)定義：成品孔壁到焊盤(pán)邊緣的距離（外層），或鉆孔壁到焊盤(pán)邊緣的距離（內層）。當PCB通過(guò)制造時(shí)，將在蝕刻過(guò)程之后鉆孔。由于CNC鉆頭的漂移，鉆頭有可能不會(huì )擊中通孔焊盤(pán)的死點(diǎn)。結果，將有一些剩余的環(huán)形圈，如上圖所示。因此，通孔上的焊盤(pán)尺寸至少應該足夠大，以適應任何鉆頭漂移，并留下足夠的銅剩余，以確保容納上面所示的最小環(huán)形圈并且不會(huì )產(chǎn)生缺陷。如果違反下表和圖片中討論的限制，

這種大小調整涉及在 IPC-2221 和 IPC-6012 標準中找到的公式。最小過(guò)孔焊盤(pán)直徑為：

L = a + 2b + c

在哪里：

a = 成品孔直徑（外層）或鉆孔直徑（內層）

b = 最小圓環(huán)尺寸（見(jiàn)上文）

c = 互連焊盤(pán)的最低標準制造余量（見(jiàn)下表）

IPC-2221 和 IPC-6012 標準中定義的最小圓環(huán)尺寸如下表所示。

最后，我們在上述公式中使用了以下制造余量：

*對于 IPC-2221：如果超過(guò) 8 層或每盎司增加 20 密耳。當銅重量大于 1 oz./sq. ft. 這些添加在更現代的 IPC-6012 標準中被忽略了。

IPC-A-600 和 IPC-6012 標準通常用于PCB制造中的檢查標準，而不是 IPC-2221。這并不會(huì )使 IPC-2221 失效，只是 IPC-6012 標準是一個(gè)更現代的標準，它匯集了來(lái)自 IPC 2221、IPC 4101 和其他質(zhì)量要求的重要數據。應用上述公式和設置制造限制的目的是消除突破的可能性。如下圖所示，鉆孔部分位于焊盤(pán)邊緣之外。如果走線(xiàn)很細且焊盤(pán)尺寸太小，鉆頭漂移可能會(huì )導致鉆擊切斷焊盤(pán)和走線(xiàn)之間的連接。

為了防止在 2 類(lèi)產(chǎn)品中出現突破，我們改為以相切為目標（見(jiàn)上圖），我們可以在上述公式中將 b = 0 設置為環(huán)形圈尺寸。

這一切都導致了一個(gè)有用的指導方針：

為幫助防止從焊盤(pán)上斷開(kāi)走線(xiàn)，您可以選擇鉆孔直徑小于走線(xiàn)寬度的超大焊盤(pán)。如果無(wú)法做到這一點(diǎn)，請在走線(xiàn)到焊盤(pán)的連接上涂上淚珠，以防止出現斷路。

制造商通常以 C 類(lèi)為目標，這是PCB制造中最好的制造公差限制，因此通常不使用 A 類(lèi)和 B 類(lèi)值。這應加強 IPC 標準的作用；他們沒(méi)有告訴您如何設計PCB或使用什么特定的焊盤(pán)尺寸。相反，這些指導方針說(shuō)明了什么是成功的制造，設計和制造團隊必須努力實(shí)現這些目標。

那么，有了所有這些數據，確?？芍圃煨院涂煽啃缘淖罴逊椒ㄊ鞘裁?？我的觀(guān)點(diǎn)是，如果您不擔心環(huán)形圈的尺寸，那么請遵循 2 類(lèi)要求。這意味著(zhù)焊盤(pán)尺寸將是您放入設計工具的直徑加上制造余量。換句話(huà)說(shuō)，您只需將 b = 鍍層厚度用于外層，將 b = 0 用于內層。在第 3 類(lèi)的情況下，焊盤(pán)尺寸需要稍大一些，我們需要使用焊盤(pán)的最終電鍍直徑來(lái)考慮 2 mil 的要求。

示例：10 00 萬(wàn)鉆孔，C 級加工余量

假設我們有一個(gè) 10 mil 的鉆孔用于我們想要符合 IPC Class 3 的通孔。如果通孔電鍍到孔壁中的最小厚度（1 mil），我們現在可以使用 C 類(lèi)制造余量以確定所需的焊盤(pán)尺寸。

對于 10 mil 的鉆孔直徑，我們將有一個(gè) 8 mil 的成品孔尺寸，所有層上的最小焊盤(pán)直徑為 20 mil。此計算使用：

a = 8 mil 外層，10 mil 內層

b = 外部 2 mil，內部 1 mil

c = 8 百萬(wàn)在所有層上

如果我們想設計到 Class 2，那么我們應該只在外層使用 b = 鍍層厚度（假設為 1 mil 以確保安全），在內部層使用 b = 0，這意味著(zhù)我們將在所有層上使用 18 mil 直徑的焊盤(pán)10 mil 鉆孔，1 mil 通孔壁鍍層。對于 2 類(lèi)，為了安全起見(jiàn)，只需在所有過(guò)孔上使用 L = 孔 + 8 密耳；我會(huì )在 Class 1 上做同樣的事情。這也是在布線(xiàn)時(shí)定義通孔放置的最簡(jiǎn)單方法，而無(wú)需定義自定義焊盤(pán)。

超越通孔和 IPC-2221/IPC-6012

上述要求列表僅適用于通孔剛性PCB，這將是大多數PCB中的主要通孔樣式。如果使用盲孔或埋孔，對環(huán)形圈的要求會(huì )有所不同，它們將取決于制造工藝（激光鉆孔與機械鉆孔）。一旦通孔變得足夠小以被視為微通孔并使用HDI制造工藝，您將有一組不同的要求來(lái)控制環(huán)形圈限制和焊盤(pán)尺寸。

IPC-2221 標準和 IPC-6012 標準是剛性PCB 最常引用的基本標準，但還有其他標準針對不同類(lèi)型的電路板。這些標準擴展了 IPC-2220/2221 中的通用設計指南和標準，適用于高頻板、HDI設計、柔性和剛柔結合PCB以及其他類(lèi)型的電路板等應用。這些設計將帶來(lái)許多其他可制造性問(wèn)題