過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。 從設計的角度來看,一個過孔主要由兩個部分組成,一是中間的鉆孔(drill hole),二是鉆孔周圍的焊盤區,這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然,在高速,高密度的PCB設計時,設計者總是希望過孔越小越好,這樣板上可以留有更多的布線空間,此外,過孔越小,其自身的寄生電容也越小,更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加,而且過孔的尺寸不可能無限制的減小,它受到鉆孔(drill)和電鍍(plating)等工藝技術的限制:孔越小,鉆孔需花費的時間越長,也越容易偏離中心位置;且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時,就無法保證孔壁能均勻鍍銅。
因此綜合設計與生產,我們需要考慮以下問題:
1、全通過孔內徑原則上要求0.2mm(8mil)及以上,外徑的是0.4mm(16mil)以上,有困難地方必須控制在外徑為0.35mm(14mil);
提示小助手:按照經驗PCB常用過孔尺寸的內徑和外徑的大小一般遵循X*2±2mil(X表示內徑大小)。比如8mil內徑大小的過孔可以設計成8/14mil、8/16mil或者8/18mil;比如12mil的過孔可以設計為12/22mil、12/24mil、12/26mil;
2、BGA在0.65mm及以上的設計建議不要用到埋盲孔,成本會大幅度增加。用到埋盲孔的時候一般采用一階盲孔即可(TOP層-L2層或BOTTOM-負L2),過孔內徑一般為0.1mm(4mil),外徑為0.25mm(10mil),如圖1-1所示。
圖1-1一階盲孔示意
3、過孔不能放置在小于0402電阻容焊盤大小的焊盤上;理論上放置在焊盤上引線電感小,但是生產的時候,錫膏容易進去過孔,造成錫膏不均勻造成器件立起來的現象(‘立碑’現象)。一般推薦間距為4-8mil,如圖1-2。
圖1-2過孔到焊盤打孔示意
4、過孔與過孔之間的間距不宜過近,鉆孔容易引起破孔,一般要求孔間距0.5mm及以上,0.35mm-0.4mm極力避免,0.3mm及以下禁止,如圖1-3所示;
圖1-3過孔與過孔之間的家間距
5、如圖1-4,除散熱過孔外,≤0.5mm的過孔,需塞孔蓋油(內徑是0.4mm內需堵孔)。
1)特別是有金屬外殼的器件,本體下原則不打過孔,打了過孔的一定塞孔蓋油,以免造成外殼與過孔短路。
2)根據板廠生產反饋,會經常提到BGA下過孔離焊盤太近,需要移動過孔。這種情況都是由于過孔不是距BGA焊盤等距造成的,由于目前BAG下過孔、測試孔的位置不與BGA各焊盤等距是一種常態,PCB設計人員對此也不重視,導致工程問題不斷,對焊接質量也是一種隱患。因此,我們直接推薦打孔打到兩焊盤的中心位置,特別是BGA里面由于Pitch間距較小,打孔之后也需要對BGA下的過孔塞孔蓋油,以免容易造成BGA球連錫短路。
圖1-4過孔應用情景
6、耳機端子、按鍵、FPC等固定焊盤為防焊盤銅皮掉落,在條件允許的情況下焊盤打1-2個過孔(過孔均勻放置),可以有效提高“固定性”,如圖1-5。
圖1-5固定焊盤過孔的放置
7、扇孔
在PCB設計中過孔的扇出很重要,扇孔的方式會影響到信號完整性、平面完整性、布線的難度,以至于影響到生產的成本。
1)常規CHIP器件的扇孔推薦及缺陷做法,如圖1-6所示,可以看出推薦做法可以在內層兩孔之間過線,參考平面也不會被割裂,反之不推薦做法增加了走線難度,也把參考平面割裂,破壞平面完整性。
圖1-6常規CHIP器件扇出方式對比
同樣,這個樣的器件扇孔方式適用于打孔換層的情景,如圖1-7所示。
圖1-7打孔換層應用情景
2)BGA扇孔方式
BGA扇孔同樣過孔不宜打孔在焊盤上,推薦打孔在兩個焊盤的中間位置。很多工程師為了出線方便隨意挪動BGA里面過孔的位置甚至打在焊盤上面,如圖1-8所示,造成BGA區域過孔不規則易造成后期焊接虛焊的問題,同時可能破壞平面完整性。
圖1-8BGA盤中孔示例
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原文標題:PCB設計當中 過孔 的設計規范
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