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PCB通孔尺寸和焊盤(pán)尺寸指南
PCB通孔尺寸和焊盤(pán)尺寸指南
PCB設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)該有）一個(gè)支撐過(guò)孔的著陸焊盤(pán)，并提供將走線布線到過(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(shè)計(jì)選擇的焊盤(pán)尺寸與制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)重要設(shè)計(jì)方面有關(guān)，稱(chēng)為環(huán)形圈。在IPC標(biāo)準(zhǔn)下，過(guò)孔的焊盤(pán)與層數(shù)、過(guò)孔尺寸和鍍層厚度有關(guān)，焊盤(pán)的尺寸應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。
PCB過(guò)孔和焊盤(pán)尺寸基礎(chǔ)知識(shí)
每個(gè)過(guò)孔都應(yīng)該在表面層上有一個(gè)著陸焊盤(pán)，跡線可以在該焊盤(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：
走線寬度：通常認(rèn)為焊盤(pán)尺寸應(yīng)略大于過(guò)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(pán)尺寸。請(qǐng)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)此有很多話要說(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(shù)：正如我們將在下面看到的，一旦層數(shù)超過(guò) IPC-2221 下的 8 層，層數(shù)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(diào)整著陸臺(tái)的大小，使其符合特定的IPC 等級(jí)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(duì)于其他類(lèi)型的PCB，例如flex或HDI設(shè)計(jì)，我們對(duì)可用于計(jì)算通孔尺寸的環(huán)形圈有不同的標(biāo)準(zhǔn)。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(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。
如果我們查看 IPC-2221 標(biāo)準(zhǔn)，有一個(gè)適用于外部焊盤(pán)和內(nèi)部焊盤(pán)的環(huán)形圈的簡(jiǎn)單定義。一些設(shè)計(jì)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(jié)中找到這些定義：
IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)和IPC-6012標(biāo)準(zhǔn)下的環(huán)定義。
這里，我們對(duì)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(nèi)層）。當(dāng)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(jié)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(yīng)該足夠大，以適應(yīng)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(diào)整涉及在 IPC-2221 和 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)層）
b = 最小圓環(huán)尺寸（見(jiàn)上文）
c = 互連焊盤(pán)的最低標(biāo)準(zhǔn)制造余量（見(jiàn)下表）
IPC-2221 和 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)中定義的最小圓環(huán)尺寸如下表所示。
|
產(chǎn)品類(lèi)別 |
2221，外部 |
2221，內(nèi)部 |
6012，外部 |
6012，內(nèi)部 |
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1級(jí) |
200萬(wàn) |
1 百萬(wàn) |
小于 180° 突破 |
焊盤(pán)走線寬度減少不少于 20% |
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2 級(jí) |
200萬(wàn) |
1 百萬(wàn) |
小于 90° 突破 |
允許 90° 突破 |
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3 級(jí) |
200萬(wàn) |
1 百萬(wàn) |
200萬(wàn) |
1 百萬(wàn) |
最后，我們?cè)谏鲜龉街惺褂昧艘韵轮圃煊嗔浚?span>
|
A級(jí) |
B類(lèi) |
C類(lèi) |
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1600萬(wàn) |
1000萬(wàn) |
800萬(wàn) |
*對(duì)于 IPC-2221：如果超過(guò) 8 層或每盎司增加 20 密耳。當(dāng)銅重量大于 1 oz./sq. ft. 這些添加在更現(xiàn)代的 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)中被忽略了。
IPC-A-600 和 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)通常用于PCB制造中的檢查標(biāo)準(zhǔn)，而不是 IPC-2221。這并不會(huì)使 IPC-2221 失效，只是 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)更現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)，它匯集了來(lái)自 IPC 2221、IPC 4101 和其他質(zhì)量要求的重要數(shù)據(jù)。應(yīng)用上述公式和設(shè)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。如果走線很細(xì)且焊盤(pán)尺寸太小，鉆頭漂移可能會(huì)導(dǎo)致鉆擊切斷焊盤(pán)和走線之間的連接。
為了防止在 2 類(lèi)產(chǎn)品中出現(xiàn)突破，我們改為以相切為目標(biāo)（見(jiàn)上圖），我們可以在上述公式中將 b = 0 設(shè)置為環(huán)形圈尺寸。
這一切都導(dǎo)致了一個(gè)有用的指導(dǎo)方針：
為幫助防止從焊盤(pán)上斷開(kāi)走線，您可以選擇鉆孔直徑小于走線寬度的超大焊盤(pán)。如果無(wú)法做到這一點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)谧呔€到焊盤(pán)的連接上涂上淚珠，以防止出現(xiàn)斷路。
制造商通常以 C 類(lèi)為目標(biāo)，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(yīng)加強(qiáng) IPC 標(biāo)準(zhǔn)的作用；他們沒(méi)有告訴您如何設(shè)計(jì)PCB或使用什么特定的焊盤(pán)尺寸。相反，這些指導(dǎo)方針說(shuō)明了什么是成功的制造，設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)必須努力實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。
那么，有了所有這些數(shù)據(jù)，確保可制造性和可靠性的最佳方法是什么？我的觀點(diǎn)是，如果您不擔(dān)心環(huán)形圈的尺寸，那么請(qǐng)遵循 2 類(lèi)要求。這意味著焊盤(pán)尺寸將是您放入設(shè)計(jì)工具的直徑加上制造余量。換句話說(shuō)，您只需將 b = 鍍層厚度用于外層，將 b = 0 用于內(nèi)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(jí)加工余量
假設(shè)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(xiàn)在可以使用 C 類(lèi)制造余量以確定所需的焊盤(pán)尺寸。
對(duì)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(jì)算使用：
a = 8 mil 外層，10 mil 內(nèi)層
b = 外部 2 mil，內(nèi)部 1 mil
c = 8 百萬(wàn)在所有層上
如果我們想設(shè)計(jì)到 Class 2，那么我們應(yīng)該只在外層使用 b = 鍍層厚度（假設(shè)為 1 mil 以確保安全），在內(nèi)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(pán)10 mil 鉆孔，1 mil 通孔壁鍍層。對(duì)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(shù)PCB中的主要通孔樣式。如果使用盲孔或埋孔，對(duì)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)和 IPC-6012 標(biāo)準(zhǔn)是剛性PCB 最常引用的基本標(biāo)準(zhǔn)，但還有其他標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同類(lèi)型的電路板。這些標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了 IPC-2220/2221 中的通用設(shè)計(jì)指南和標(biāo)準(zhǔn)，適用于高頻板、HDI設(shè)計(jì)、柔性和剛?cè)峤Y(jié)合PCB以及其他類(lèi)型的電路板等應(yīng)用。這些設(shè)計(jì)將帶來(lái)許多其他可制造性問(wèn)題