了解 9 种 PCB 过孔类型

PCB 过孔只是在 PCB 上钻出的一个小孔。它将电路板的各层连接在一起。过孔内衬有铜，因此电流可以通过。它使各层之间实现电气连接。多层PCB 设计需要通孔。通孔有助于实现电气和热连接。所有通孔都不一样，有些通孔贯穿整个板厚。或者，有些只是连接几层。过孔的大小和形状取决于设计。过孔可以是圆形或非圆形，大或小。过孔的放置也非常重要。电气噪声或信号问题可能是由于放置不当造成的。过孔的正确放置也会影响热性能。

PCB 过孔类型

设计中不同的需求需要不同的类型。如果您知道哪种类型的过孔合适，您将优化空间、性能和可靠性。

通孔

通孔过孔是贯穿整个电路板厚度的过孔。电路板的顶层和底层通过它们连接。电信号通过镀层过孔在各层之间传输。通孔过孔简单且经济高效。但问题是它们占用更多的 PCB 空间。它们是不太复杂的设计的理想选择。

镀通孔 – 电气连接 PCB 层。铜线穿过孔以在层间传输电流。您可以使用此类型为多层设计布线信号或电源。
非镀通孔 – 没有导电衬里。您可以将其用于机械目的。提供支撑，无需电气连接各层。常用于安装或结构需求。

盲孔

外层 PCB层可以通过以下方式连接到内层盲孔。它们不连接整个电路板。这些通孔可减少空间并提高信号质量。高密度设计经常使用盲孔。它们要么是激光钻孔，要么是机械钻孔。盲孔的制造非常依赖于通孔的精确深度。

照片定义的盲孔 – 使用树脂制成。您可以层压感光树脂到核心上来创建它。该核心包含埋置信号层或电源平面.
顺序压合盲孔 – 涉及逐步创建层。薄层压板像双面 PCB 一样经过钻孔、蚀刻和电镀。然后，将其与其余 PCB 层压在一起。
控制深度盲孔 – 这些是部分钻孔。您必须钻到特定深度，而不是钻透电路板。然后对孔进行电镀以进行电气连接。
激光钻孔盲孔 – 这些过孔精确而干净。激光打出孔，连接外层和内层。孔不会贯穿整个 PCB。

埋孔

位于 PCB 内层之间，埋孔是。你从外面看不到它们，你也看不到它们。它们连接两个或多个内部层。埋孔的一个好处是：它们有助于紧凑的 PCB 设计。它给它们更多路由过孔的外层必须留有足够空间。这些过孔必须分层并进行精密钻孔制造。

微孔

在现代 PCB 设计中，微孔是小孔。电路板的两个相邻层通过它们连接。这些孔是激光钻孔的，精度很高。由于尺寸小，它们是密集电路中节省空间的设备。高密度互连 (HDI) 板总是会有微孔。因此，在紧凑和先进的设计中可以保证良好的性能。

堆叠通孔

它与连接多层的堆叠通孔垂直对齐。盲孔或埋孔就是这些。重叠完美，需要高精度制造。交错通孔比堆叠通孔便宜。它们用于复杂的多层设计。节省空间，同时保持可靠的连接。

交错通孔

通过交错通孔，各层之间无重叠地连接。但它们之间有间隔，因此易于生产。堆叠通孔比这些通孔更具成本效益。不太复杂的设计使用交错通孔。这仍然允许以可靠的方式连接设备，同时相对高效地利用 PCB 空间。

跳过途径

这种类型的过孔穿过多个层，但会绕过中间的其他层。它们可以是埋孔、盲孔或两者兼有。通过这些过孔，布线设计可以很灵活。如果不需要连接某些层，可以使用跳过过孔。在多层板和 HDI 板中，它们经常被使用。

焊盘中的过孔

他们将这些类型的通孔直接放置在元件焊盘下方。它们会消散热通量更好，减少布线路径。过孔通常用于 BGA 和电源元件。如果通孔填充不当，焊料可能会流入通孔。这会导致焊接不良和接头脆弱。正确填充可提高可靠性和更好的性能。

填充孔

这些通孔完全填充有导电或非导电材料。导电填充可提高电导率和热导率。通孔填充有非导电材料，这样空气或液体就不会进入通孔。通过以下方法可防止 PCB 可靠性和开裂填孔. 它们还为要求严格的应用程序提供性能增强功能。

铜填充通孔 – 用导电铜填充的通孔。非常适合大电流或功率应用。
导电聚合物填充通孔 – 提高热导率。还可确保稳定的电气连接。
非导电填充通孔 – 不承载电流的通孔。可防止污染物进入孔内。常见于精密设计。

关于过孔的重要注意事项

长宽比

通孔的纵横比是宽度与深度的比率。镀层厚度和通孔的导电性也会受到影响。机械钻孔机的最佳工作比率为 10:1 或更低。对于较小的通孔，您可能需要使用比率较低的微通孔。

环形环

通孔周围的铜。钻孔后，铜可确保连接牢固。连接不牢是由于环太小造成的。您应该始终留出足够的铜以防止出现问题。

信号完整性

信号在 PCB 中的传输方式会受到通孔的影响。未使用的通孔部分可能会造成干扰或噪音。通过移除多余的金属或背钻可以提高性能。信号完整性通过适当的设计得到妥善维护。

布线密度

在拥挤的 PCB 区域中，过孔会成为关键路径上的阻碍物。在 BGA 等高引脚部件下，这种情况很常见。使用盲孔或微过孔可以释放布线空间。请仔细考虑您的计划，以避免拥堵。

通孔尺寸或尺寸

设计占用的空间大小取决于通孔尺寸。通孔越小，节省空间，但需要高级钻头。通孔更容易生产，成本也更低。选择适合您需求和预算的尺寸。

电镀厚度

通孔的强度和电导率取决于电镀厚度。较厚的镀层可降低成本，但可改善电流。较薄的镀层可节省成本，但可能会降低耐用性。选择适合您的应用的天平。

PCB布局

过孔布局会影响电路板的功能和可靠性。这可能会导致布局不佳，从而导致信号丢失或路径阻塞。使用较短的短线和良好的过孔布局可以提高性能。提前规划，这样您就不会遇到布局问题。

过孔所用材料

由于铜具有良好的导电性，因此经常用于制作通孔。银环氧树脂、铝或钨也是不错的选择。但是，每种材料都有其独特的优势，例如成本或强度。请选择适合您的 PCB 环境和应用的材料。

过孔的 PCB 设计技巧

· 交错通孔优于堆叠通孔

使用交错通孔可避免额外的填充和成本。它们比堆叠通孔更简单且更可靠。

· 对盲孔和埋孔使用受控深度

控制深度可帮助您精确钻至正确的层。它可确保盲孔和埋孔按计划工作。

· 最小化高速过孔的纵横比

保持较低的纵横比以减少信号问题。这可以提高性能并减少干扰。

· 选择HDI板中较小的过孔

HDI 板使用较小的过孔效果更好。较小的过孔可减少杂散电容和电感，改善信号流。这些过孔还可为密集设计节省空间。

· 填充焊盘中的过孔

填充焊盘内的通孔可防止组装过程中出现焊接问题。填充的通孔可改善电气连接和可靠性。避免让通孔保持打开状态，尤其是在重要元件下方。

· 针对 BGA 焊盘布局对过孔进行平面化

带通孔的 BGA 焊盘应平整，以便顺利焊接。不平整的通孔可能会削弱焊点并导致问题。BGA 焊盘中的盲孔和通孔必须小心填充。

· 在 QFN 下方加入导热垫通孔

导热垫过孔下方扁平无引线 (QFN) 改善散热和焊料流动。这些通孔固定导热垫并防止组装过程中浮动。

· 考虑焊膏模板调整

缺少散热孔会导致焊料积聚或排气。使用窗格设计调整焊膏模板可解决此问题。这可使焊料均匀分布并防止出现缺陷。

· 检查与刨槽/刻痕边缘的间隙

确保过孔和走线没有被布线或刻划过的边缘。最小间隙可防止在制造或使用过程中造成损坏。规划您的 PCB 布局以保持适当的间距。

· 检查 BGA 封装的过孔

检查 BGA 封装下通孔的位置和质量。通孔对齐不良可能会导致焊接问题。检查设计间距和掩模覆盖是否合适。

· 验证狗骨设计

狗骨设计使用短线将过孔与焊盘隔开。确保阻焊层覆盖 BGA 布局下的过孔。未覆盖可能导致不必要的电接触。

· 遵守 PCB VIA 公差

遵循 PCB 设计中通孔的标准公差。检查尺寸、间隙和环形环尺寸的准确性。遵守这些规定可确保您的 PCB 符合 IPC 标准。

过孔设计的限制和注意事项

成本影响

微孔和焊盘内孔代表一种成本更高的高级孔类型。它需要激光钻孔和非常精确的电镀步骤。它还具有特殊设备，这些设备有自己的制造费用。这些费用很快就会增加，尤其是在复杂的电路板上。仔细规划设计可以帮助您平衡成本。

制造复杂性

通孔的生产是一个极其精确的过程。电气故障是由于未对准而引起的钻孔或填充不完整。这些问题不一定立即出现，但可能会导致长期问题。更难制造的是高级通孔，例如堆叠或填充类型。

可靠性问题

过孔越小、布局越密集，可靠性就会出现问题。随着时间的推移，过孔中的微小缺陷可能会导致故障。这对于安全应用尤其危险，例如医生设备或航天设备。为了承受压力，您必须确保通孔坚固且制作精良。如果您不想支付昂贵的维修或更换费用，一致性是必要的。

热管理挑战和解决方案

现代 PCB 设计需要有效控制热量。元件工作得越快，产生的热量就越多。热通孔有助于消除敏感部件的热量。如果没有热通孔，过热可能会损坏电路板或缩短其使用寿命。但只要小心放置热通孔，一切就能顺利进行。

如何确定 PCB 的正确过孔要求

您选择的过孔将取决于 PCB 的尺寸和用途。对于更大的 PCB，尤其是对于较旧的设备，可能需要通孔元件。如果您有按照较旧标准制造的较大电路板，则这些元件效果最好。通孔元件对于较小的设备来说会浪费更多空间。紧凑型电路板是盲微孔的最佳选择。它们考虑了空间效率，并且能够很好地处理信号。更小的 PCB，带有微孔的 PCB 更昂贵，但通常使用带有微孔的较小 PCB 的好处大于额外的成本。

何时使用较小的过孔

在某些设计中，您应该考虑使用较小的过孔。如果您的 PCB 有许多部件或网络，但层数适中，则较小的过孔可以节省表面空间。这意味着顶层有空间用于布线和元件。某些多层电路板上的细线迹可能必须适合较小的过孔。但是，通常需要使用微过孔来互连细间距 BGA。如果没有微过孔，您可能无法接触到内部 BGA 球。较小的过孔可以减少干扰，信号更可靠。虽然需要额外的工作，但它们可以提高电路板性能并节省空间。

关于 PCB 过孔类型的常见问题

什么是 7 型通孔填充？

用于焊盘内通孔设计。非导电膏被带入通孔，然后硬化。然后将其压平、镀层并使其可焊接。这是节省高密度 PCB 空间的好方法。通过这种方式，可以确保组件具有光滑的焊盘，并且可靠性良好。当您需要紧凑高效的 PCB 设计时，您可以使用它。

PCB 过孔的 IPC 标准是什么？

PCB 过孔遵守 IPC-6012 标准。它描述了关于通孔设计和制造的可接受范围。这些是基于环形环尺寸和镀层厚度的一些参数。标准的不同“等级”为 1 级至 3 级。最严格的等级是 3 级，必须用于高可靠性应用。环形环的一个关键特性是其机械强度。它包围通孔并使分层成为不可能。它还指定了通孔筒上所需的镀层厚度。

为什么微孔是 HDI PCB 的首选？

使用微孔可以改善 PCB 的电气性能。这有助于缩小电路板尺寸。使用基于微孔的布线，可以减少布线层数，从而实现更高的布线密度。这意味着您可以通过通孔走捷径。它们还有助于提高处理能力和性能。使用微孔，BGA 突破问题变得更容易处理。这是设计紧凑、高性能 PCB 的关键。

在热管理方面，过孔如何在高功率设计中促进散热？

不同的组件都会变热，通孔有助于散热。它们将热量导向 PCB 上较冷的部件。在产生热量的地方下方，放置了热通孔。然而，这些通孔中的材料有助于增强热流。这可以使您的 PCB 保持凉爽，不会过热。

如何在我的设计中使用盲孔和埋孔？

In PCB制造，每层有两片铜片。铜片放置在介电芯中，彼此分开。它们是盲孔和埋孔，用于连接设计中的特定层。在您的设计软件你可以决定要连接哪些层。但这并不能消除不可行的设计。

总结

该 PCB令牌博客中，我们详细介绍了 9 种不同类型的 PCB 过孔，例如通孔、盲孔、埋孔、微孔等。它介绍了它们的用途，并描述了它们如何影响布线密度、信号完整性和热管理等问题的设计注意事项。该博客还介绍了为 PCB 设计选择正确过孔组的最佳实践。