随着当今印刷电路板(PCB)变得越来越小,使用的通孔元件也越来越少。为相对较大的电镀通孔元件及其附带的焊盘分配宝贵的空间越来越难。相反,有必要尽可能使用表面贴装元件。随着表面贴装技术的日益普及,大多数现代印刷电路板设计中的电镀通孔最终都变成了通孔。
PCB 通孔的主要目的是通过电镀孔壁提供一条导电路径,将电信号从一个电路层传递到另一个电路层。不过,通孔有不同的类型,PCB 表面上通孔的最终外观也有不同的选择。虽然所有过孔的功能基本相同,但每种类型都需要在文档中准确定义,以便装配顺利进行,PCBA 运行可靠。
通孔结构 – 通孔、盲孔、埋孔:
第一种是通孔。这是一个从顶层一直钻到底层的孔。它的两端都是开放的,以便让电镀液流过并覆盖孔壁,使其导电。钻通孔并没有什么诀窍,只要遵守制造厂商规定的最小直径、最大长宽比(电路板厚度除以孔径)和相邻关系(一个通孔边缘到最近相邻通孔之间的最小允许距离)即可。
接下来是机械钻盲孔。盲孔从顶层或底层钻孔,但在穿过印刷电路板的整个距离之前会在某一点停止。机械钻盲孔可用于连接外部层和相邻层,在某些情况下,也可用于连接下面的另一层,但为了保证良好的效果,需要仔细规划。与通孔不同的是,盲孔只有一端是开放的,因此电镀液无法一直流过孔内。这就使电镀过程变得复杂。
最常见的并发症是孔底可能会夹带气泡,从而造成无铜覆盖的空洞区域。为了防止出现空洞,最好使用较大的孔、较小的纵横比和更积极的电镀搅拌,这样可以使气泡逸出,露出孔壁,从而进行可靠的电镀。了解制造厂商的设计规则,并在需要使用此类通孔时加以应用。正确的设计加上良好的工艺控制将带来高产量。
其次是机械钻孔埋孔。这些通孔仅用于连接内部层结构。在准备最终层压之前,它们最初是作为通孔从层压内部结构的顶部钻到底部(如 8 层印刷电路板的 L2-L7),然后进行电镀和填充。
有时,盲孔在层压之前只连接内部层对。在某些高密度应用中,可以通过激光微孔将 BGA 或 QFP 焊盘等非常小的外部层特征连接到埋入式结构。由此形成的 “堆叠 “结构相当于通孔,但与机械钻通孔相比,使用的外部层面积更少。
激光微通孔是最小的通孔类型,直径通常在 0.003 英寸 – 0.004 英寸之间。微通孔的最大优点是能够安装在非常狭小的焊盘区域,通常作为狭小间距 SMT 或 BGA 基底面内的焊盘通孔。焊盘在电镀后会被平面化,恢复到原来的光滑状态,从而可用于元件焊接。
激光微孔的最大纵横比非常小,通常约为 1:1,因此在大多数应用中,只能通过极薄的介电片将一层与相邻层连接起来。在密度极高的设计中,可以采用类似于堆叠埋入式通孔的方式,利用顺序层叠法将通孔一个接一个地堆叠起来。
首先,对通孔进行激光钻孔、电镀和平面化处理,以形成从最外层到其下一层的互连。完成这些步骤后,在堆栈外层再层压一层。层压完成后,新层再经过一轮盲孔钻孔和电镀。这样就将最外层与相邻层连接起来。如有必要,这一过程一般可重复 3-4 次。
覆盖或填充通孔的方法:
在生产过程的后期,通常需要对通孔进行额外的处理,以提高热性能或装配良率。这些处理可能包括环氧树脂孔填充、二次阻焊或两者的某种组合。
这些额外的工艺步骤通常是为了消除组装问题,如元件焊盘与通孔焊盘之间的焊料短路,或焊料从钻入元件焊盘的通孔的管中向下迁移。这些问题会导致代价高昂的故障排除和返工。幸运的是,通过指定适当的通孔处理方法可以消除大多数问题。
帐篷式通孔在孔两端的焊盘上覆盖一层不导电的阻焊层。在干膜焊接掩模的鼎盛时期,搭帐篷很流行,因为干膜的厚度为 0.004 英寸,即使是相对较大的孔,也能非常可靠地搭帐篷,而不会出现太大的故障。但如今,干膜掩模已不再使用,因为它的高度会给现代表面贴装焊接带来困难。干膜的衰落和消失使这种古老的搭棚方式变得不切实际,因为现代 LPI 阻焊层的厚度只有干膜的十分之一,无法形成真正的搭棚。
侵占孔在大部分焊盘上都有阻焊层,但阻焊层与孔的距离只有千分之几英寸。在中等密度的印刷电路板上,这是一个很好的折衷方案,既可以完全堵塞,也可以什么都不做。阻焊层的存在有效地增加了通孔与附近可焊焊盘之间的距离,降低了焊料从焊盘桥接到通孔的可能性。由于孔是开放的,因此不必担心孔筒中会夹带污染物或形成气孔。准备 Gerber 文件时,将受影响孔的阻焊开口尺寸定为孔直径 + 0.004″。例如:0.010 “通孔,0.014 “Gerber 屏蔽开口。
钮扣式印刷和插入式通孔是填充通孔的变体。它们可以防止焊料流过(迁移),从而在组装过程中将正确的焊料量保留在焊盘上。这些工艺的推荐材料是不导电的环氧孔填充物。将孔的最大直径限制在 0.020 英寸,以便环氧树脂有效填充孔。对于这些类型,在提供 Gerber 文件时,不要为相关通孔开焊掩模。
有源焊盘不仅能堵塞孔,还能在堵塞处上板。如果最初钻孔的焊盘日后将用于焊接表面贴装元件,则必须使用这种方法。它还可以将热量通过通孔引到电路板的另一侧,从而冷却热运行元件。
在有源焊盘加工过程中,插头通过真空吸入孔中、平面化和过镀。加工后的表面通常与其他未钻孔的 SMT 焊盘无异。对于这种类型的通孔,在提供 Gerber 文件时请不要使用阻焊开孔。
有关上述通孔处理方法的更多信息,包括优缺点、截面图等,请参阅我们的 PCB 插头通孔工艺页面。
如何定义通孔要求:
为避免出现印刷电路板问题,必须在制作文件中明确说明对通孔类型和处理的要求,这样才能达到预期效果。在任何情况下,都要为设计中使用的每一组通孔提供单独的文件。
对于 TYPE,请向制造厂提供以下信息:
通孔类型(通孔、盲孔或埋孔)
通孔直径(建议在 0.008″ – 0.020″ 之间)
公差(一般为 +/-0.003″,但小孔或堵塞孔的公差可能为 +000/孔直径)
如果是盲孔或埋孔,每个钻孔文件要连接的层对。
例如 盲孔钻 0.008″,成品 0.008″ + 0.000″/-0.008″,从顶层 1 到接地层 2。
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