PCB通孔尺寸和焊盤尺寸指南

2022-04-16

PCB通孔尺寸和焊盤尺寸指南

PCB設計和布局的某些方面看似簡單，但它們的答案卻與制造的許多重要方面相關。這些設計方面之一是PCB通孔尺寸和焊盤尺寸之間的匹配。顯然，這兩點是相關的；所有過孔都有（或應該有）一個支撐過孔的著陸焊盤，并提供將走線布線到過孔焊盤的位置。但是，在匹配焊盤和過孔尺寸時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尺寸與制造過程中發現的另一個重要設計方面有關，稱為環形圈。在IPC標準下，過孔的焊盤與層數、過孔尺寸和鍍層厚度有關，焊盤的尺寸應使生產過程中產生的環形圈足夠大。這是一個很難找到具體答案的領域，而不僅僅是“什么是環形圈？”的答案。我們將在本文中研究答案以及它與兩個重要的 IPC 標準之間的關系。

PCB過孔和焊盤尺寸基礎知識

每個過孔都應該在表面層上有一個著陸焊盤，跡線可以在該焊盤上進行電氣連接；問題是過孔焊盤需要多大。在為通孔選擇合適的焊盤尺寸時，有幾個地方可以開始尋找：

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

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

過孔類型和層數：正如我們將在下面看到的，一旦層數超過 IPC-2221 下的 8 層，層數也會影響焊盤尺寸。

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

基于環形的尺寸墊

在下文中，我們將考慮剛性PCB 上的電鍍通孔。對于其他類型的PCB，例如flex或HDI設計，我們對可用于計算通孔尺寸的環形圈有不同的標準。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，有一個適用于外部焊盤和內部焊盤的環形圈的簡單定義。一些設計師將交替使用術語“環形環”、“焊盤”、“焊盤”和其他術語。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標準下的環定義。

這里，我們對圓環有兩個定義：成品孔壁到焊盤邊緣的距離（外層），或鉆孔壁到焊盤邊緣的距離（內層）。當PCB通過制造時，將在蝕刻過程之后鉆孔。由于CNC鉆頭的漂移，鉆頭有可能不會擊中通孔焊盤的死點。結果，將有一些剩余的環形圈，如上圖所示。因此，通孔上的焊盤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形圈并且不會產生缺陷。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。最小過孔焊盤直徑為：

L = a + 2b + c

在哪里：

a = 成品孔直徑（外層）或鉆孔直徑（內層）

b = 最小圓環尺寸（見上文）

c = 互連焊盤的最低標準制造余量（見下表）

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

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 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。這并不會使 IPC-2221 失效，只是 IPC-6012 標準是一個更現代的標準，它匯集了來自 IPC 2221、IPC 4101 和其他質量要求的重要數據。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，鉆孔部分位于焊盤邊緣之外。如果走線很細且焊盤尺寸太小，鉆頭漂移可能會導致鉆擊切斷焊盤和走線之間的連接。

為了防止在 2 類產品中出現突破，我們改為以相切為目標（見上圖），我們可以在上述公式中將 b = 0 設置為環形圈尺寸。

這一切都導致了一個有用的指導方針：

為幫助防止從焊盤上斷開走線，您可以選擇鉆孔直徑小于走線寬度的超大焊盤。如果無法做到這一點，請在走線到焊盤的連接上涂上淚珠，以防止出現斷路。

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

那么，有了所有這些數據，確保可制造性和可靠性的最佳方法是什么？我的觀點是，如果您不擔心環形圈的尺寸，那么請遵循 2 類要求。這意味著焊盤尺寸將是您放入設計工具的直徑加上制造余量。換句話說，您只需將 b = 鍍層厚度用于外層，將 b = 0 用于內層。在第 3 類的情況下，焊盤尺寸需要稍大一些，我們需要使用焊盤的最終電鍍直徑來考慮 2 mil 的要求。

示例：10 00 萬鉆孔，C 級加工余量

假設我們有一個 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 類制造余量以確定所需的焊盤尺寸。

對于 10 mil 的鉆孔直徑，我們將有一個 8 mil 的成品孔尺寸，所有層上的最小焊盤直徑為 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，這意味著我們將在所有層上使用 18 mil 直徑的焊盤10 mil 鉆孔，1 mil 通孔壁鍍層。對于 2 類，為了安全起見，只需在所有過孔上使用 L = 孔 + 8 密耳；我會在 Class 1 上做同樣的事情。這也是在布線時定義通孔放置的最簡單方法，而無需定義自定義焊盤。

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，對環形圈的要求會有所不同，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控制環形圈限制和焊盤尺寸。

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以及其他類型的電路板等應用。這些設計將帶來許多其他可制造性問題