PCB通孔尺寸和焊盘尺寸指南

2022-04-16

PCB通孔尺寸和焊盘尺寸指南

PCB设计和布局的某些方面看似简单，但它们的答(dá)案却与制造的许多(duō)重要方面相关。这些设计方面之一是PCB通孔尺寸和焊盘尺寸之间的匹配。显然，这两点是相关的；所有(yǒu)过孔都有(yǒu)（或应该有(yǒu)）一个支撑过孔的着陆焊盘，并提供将走線(xiàn)布線(xiàn)到过孔焊盘的位置。但是，在匹配焊盘和过孔尺寸时需要遵循一些重要的尺寸指南，这种匹配是 DFM 和可(kě)靠性的重要元素。

您為(wèi)设计选择的焊盘尺寸与制造过程中发现的另一个重要设计方面有(yǒu)关，称為(wèi)环形圈。在IPC标准下，过孔的焊盘与层数、过孔尺寸和镀层厚度有(yǒu)关，焊盘的尺寸应使生产过程中产生的环形圈足够大。这是一个很(hěn)难找到具體(tǐ)答(dá)案的领域，而不仅仅是“什么是环形圈？”的答(dá)案。我们将在本文(wén)中研究答(dá)案以及它与两个重要的 IPC 标准之间的关系。

PCB过孔和焊盘尺寸基础知识

每个过孔都应该在表面层上有(yǒu)一个着陆焊盘，迹線(xiàn)可(kě)以在该焊盘上进行電(diàn)气连接；问题是过孔焊盘需要多(duō)大。在為(wèi)通孔选择合适的焊盘尺寸时，有(yǒu)几个地方可(kě)以开始寻找：

走線(xiàn)宽度：通常认為(wèi)焊盘尺寸应略大于过孔尺寸。因此，如果您使用(yòng)较大的迹線(xiàn)宽度，例如较大的受控阻抗迹線(xiàn)，您将需要更大的焊盘尺寸。请注意，这也不需要大通孔。

可(kě)靠性：更大的焊盘将更可(kě)靠，正如我们将看到的，这就是本文(wén)的全部重点……IPC 标准对此有(yǒu)很(hěn)多(duō)话要说，并将确定给定的钻孔击打是否会在通孔焊盘中产生缺陷。

过孔类型和层数：正如我们将在下面看到的，一旦层数超过 IPC-2221 下的 8 层，层数也会影响焊盘尺寸。

考虑到这一点，我喜欢首先选择将在整个電(diàn)路板中使用(yòng)的通孔尺寸。然后，我将调整着陆台的大小(xiǎo)，使其符合特定的IPC 等级要求。这是我们需要考虑制造过程中留在電(diàn)路板中的圆环尺寸的地方。

基于环形的尺寸垫

在下文(wén)中，我们将考虑刚性PCB 上的電(diàn)镀通孔。对于其他(tā)类型的PCB，例如flex或HDI设计，我们对可(kě)用(yòng)于计算通孔尺寸的环形圈有(yǒu)不同的标准。查看本文(wén)的最后一部分(fēn)，了解其他(tā)一些管理(lǐ)PCB布局和性能(néng)认证的标准。

如果我们查看 IPC-2221 标准，有(yǒu)一个适用(yòng)于外部焊盘和内部焊盘的环形圈的简单定义。一些设计师将交替使用(yòng)术语“环形环”、“焊盘”、“焊盘”和其他(tā)术语。这些定义如下图所示，或者您可(kě)以在 IPC-2221A 第 9.1.2 节中找到这些定义：

IPC-2221标准和IPC-6012标准下的环定义。

这里，我们对圆环有(yǒu)两个定义：成品孔壁到焊盘边缘的距离（外层），或钻孔壁到焊盘边缘的距离（内层）。当PCB通过制造时，将在蚀刻过程之后钻孔。由于CNC钻头的漂移，钻头有(yǒu)可(kě)能(néng)不会击中通孔焊盘的死点。结果，将有(yǒu)一些剩余的环形圈，如上图所示。因此，通孔上的焊盘尺寸至少应该足够大，以适应任何钻头漂移，并留下足够的铜剩余，以确保容纳上面所示的最小(xiǎo)环形圈并且不会产生缺陷。如果违反下表和图片中讨论的限制，

这种大小(xiǎo)调整涉及在 IPC-2221 和 IPC-6012 标准中找到的公式。最小(xiǎo)过孔焊盘直径為(wèi)：

L = a + 2b + c

在哪里：

a = 成品孔直径（外层）或钻孔直径（内层）

b = 最小(xiǎo)圆环尺寸（见上文(wén)）

c = 互连焊盘的最低标准制造余量（见下表）

IPC-2221 和 IPC-6012 标准中定义的最小(xiǎo)圆环尺寸如下表所示。

最后，我们在上述公式中使用(yòng)了以下制造余量：

*对于 IPC-2221：如果超过 8 层或每盎司增加 20 密耳。当铜重量大于 1 oz./sq. ft. 这些添加在更现代的 IPC-6012 标准中被忽略了。

IPC-A-600 和 IPC-6012 标准通常用(yòng)于PCB制造中的检查标准，而不是 IPC-2221。这并不会使 IPC-2221 失效，只是 IPC-6012 标准是一个更现代的标准，它汇集了来自 IPC 2221、IPC 4101 和其他(tā)质量要求的重要数据。应用(yòng)上述公式和设置制造限制的目的是消除突破的可(kě)能(néng)性。如下图所示，钻孔部分(fēn)位于焊盘边缘之外。如果走線(xiàn)很(hěn)细且焊盘尺寸太小(xiǎo)，钻头漂移可(kě)能(néng)会导致钻击切断焊盘和走線(xiàn)之间的连接。

為(wèi)了防止在 2 类产品中出现突破，我们改為(wèi)以相切為(wèi)目标（见上图），我们可(kě)以在上述公式中将 b = 0 设置為(wèi)环形圈尺寸。

这一切都导致了一个有(yǒu)用(yòng)的指导方针：

為(wèi)帮助防止从焊盘上断开走線(xiàn)，您可(kě)以选择钻孔直径小(xiǎo)于走線(xiàn)宽度的超大焊盘。如果无法做到这一点，请在走線(xiàn)到焊盘的连接上涂上泪珠，以防止出现断路。

制造商(shāng)通常以 C 类為(wèi)目标，这是PCB制造中最好的制造公差限制，因此通常不使用(yòng) A 类和 B 类值。这应加强 IPC 标准的作用(yòng)；他(tā)们没有(yǒu)告诉您如何设计PCB或使用(yòng)什么特定的焊盘尺寸。相反，这些指导方针说明了什么是成功的制造，设计和制造团队必须努力实现这些目标。

那么，有(yǒu)了所有(yǒu)这些数据，确保可(kě)制造性和可(kě)靠性的最佳方法是什么？我的观点是，如果您不担心环形圈的尺寸，那么请遵循 2 类要求。这意味着焊盘尺寸将是您放入设计工具的直径加上制造余量。换句话说，您只需将 b = 镀层厚度用(yòng)于外层，将 b = 0 用(yòng)于内层。在第 3 类的情况下，焊盘尺寸需要稍大一些，我们需要使用(yòng)焊盘的最终電(diàn)镀直径来考虑 2 mil 的要求。

示例：10 00 万钻孔，C 级加工余量

假设我们有(yǒu)一个 10 mil 的钻孔用(yòng)于我们想要符合 IPC Class 3 的通孔。如果通孔電(diàn)镀到孔壁中的最小(xiǎo)厚度（1 mil），我们现在可(kě)以使用(yòng) C 类制造余量以确定所需的焊盘尺寸。

对于 10 mil 的钻孔直径，我们将有(yǒu)一个 8 mil 的成品孔尺寸，所有(yǒu)层上的最小(xiǎo)焊盘直径為(wèi) 20 mil。此计算使用(yòng)：

a = 8 mil 外层，10 mil 内层

b = 外部 2 mil，内部 1 mil

c = 8 百万在所有(yǒu)层上

如果我们想设计到 Class 2，那么我们应该只在外层使用(yòng) b = 镀层厚度（假设為(wèi) 1 mil 以确保安全），在内部层使用(yòng) b = 0，这意味着我们将在所有(yǒu)层上使用(yòng) 18 mil 直径的焊盘10 mil 钻孔，1 mil 通孔壁镀层。对于 2 类，為(wèi)了安全起见，只需在所有(yǒu)过孔上使用(yòng) L = 孔 + 8 密耳；我会在 Class 1 上做同样的事情。这也是在布線(xiàn)时定义通孔放置的最简单方法，而无需定义自定义焊盘。

超越通孔和 IPC-2221/IPC-6012

上述要求列表仅适用(yòng)于通孔刚性PCB，这将是大多(duō)数PCB中的主要通孔样式。如果使用(yòng)盲孔或埋孔，对环形圈的要求会有(yǒu)所不同，它们将取决于制造工艺（激光钻孔与机械钻孔）。一旦通孔变得足够小(xiǎo)以被视為(wèi)微通孔并使用(yòng)HDI制造工艺，您将有(yǒu)一组不同的要求来控制环形圈限制和焊盘尺寸。

IPC-2221 标准和 IPC-6012 标准是刚性PCB 最常引用(yòng)的基本标准，但还有(yǒu)其他(tā)标准针对不同类型的電(diàn)路板。这些标准扩展了 IPC-2220/2221 中的通用(yòng)设计指南和标准，适用(yòng)于高频板、HDI设计、柔性和刚柔结合PCB以及其他(tā)类型的電(diàn)路板等应用(yòng)。这些设计将带来许多(duō)其他(tā)可(kě)制造性问题