如何优化PCB过孔设计？电子工程师不可忽视的核心细节

设计优秀的PCB不仅需要创新的设计理念，而且依赖于对PCB工艺的深刻理解。过孔设计作为PCB设计中的关键环节，对PCB的制造和性能至关重要。本文，我们将解析PCB过孔设计，助力电子工程师更高效地完成硬件研发。如何设计过孔大小？要回答上述问题，我们先来看看PCB上的孔是如何来的。在PCB制造过程中，先开料，即利用自动开料机将大尺寸的覆铜板切割成符合生产需求的特定规格基材。小孔设计有哪些注意事项？多大的孔称为小孔？从PCB制造角度来说，0.3mm为分界点，小于0.3mm的孔被称为小孔。过孔越小，越难加工，尤其是过孔大小接近工艺极限时。这个问题在行业中被称为“纵深比”问题。纵深比定义为板厚与过孔直径的比值，纵深比越大，意味着加工难度越高。换句话说，过孔越小越难加工。难点有三：一是难电镀。孔径的缩小会导致电镀过程中铜层难以均匀沉积，容易出现孔无铜或坏孔问题。简单说，过孔越小，沉铜直通率越低。如果在嘉立创生产PCB，为确保PCB质量，嘉立创会通过四线低阻测试对孔壁镀铜情况进行检测。与传统测试方法相比，四线低阻测试具有更高的检测精度，及时检测出坏孔问题，确保产品的可靠性和品质。二是加工效率低。小孔钻刀的有效长度越短，因此在加工时，同一批次能够钻孔的片数就越少。这直接影响到生产效率。为避免钻头断裂，在钻小孔时，设备需要降低进刀速度，同时提高转速。这不仅会延长加工时间，还会增加钻头的磨损率。因此，在PCB设计时，尽量将过孔尺寸设计为大于0.3mm，以确保加工效率和降低成本。只有在空间受限的情况下，才考虑使用小孔。三是外径尺寸的问题。在设计导通孔或焊接孔时，需要考虑内径和外径的尺寸要求。这些参数直接影响PCB的制造工艺。以嘉立创为例，双面板和多层板最小加工参数的内径为0.15mm，外径为0.25mm。嘉立创如今可以生产6-32层的高多层板。凭借自研的超高层工艺、盘中孔工艺等技术，嘉立创生产的PCB最高层数可达32层，最小孔径达0.15mm，最小线宽线距可达0.0762mm，并支持数百种层压结构。尤其是盘中孔工艺，6层以上高多层板全部采用树脂塞孔+电镀盖帽工艺，使过孔可以直接打在焊盘上，且成品焊盘表面更平整，布线空间更大。http://yezi-guankong.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/distributes/20249/1725508055077.jpeg?x-oss-process=style/image-minify盘中孔工艺示意图如果焊环偏小，在加工过程中，PCB可能因为钻孔设备的偏差和对位公差，导致钻孔与菲林上的焊盘中心位置发生偏移，出现偏孔现象。这种偏移会降低焊盘的有效面积，增加制造缺陷的风险，甚至导致电气连接失败。因此，合理设计焊环尺寸并考虑制造公差，对于保证PCB的质量和可靠性至关重要。槽孔设计有哪些注意事项？槽孔是PCB设计时不容忽视的另一类过孔。尤其在一些特殊的封装中，槽孔是必不可少的设计元素。设计槽孔时，有两个关键点需特别注意：一，“短槽”是PCB钻孔中最难加工的。槽长小于槽宽两倍的槽孔称之为短槽。由于槽长小于槽宽两倍，所以钻了首孔再钻尾孔时，会导致钻刀部分在基材上，部分悬空，在受力不均的情况下，会导致槽孔钻歪或偏短。因此，建议槽孔设计的最佳长宽比为长/宽≧2.5。二，长槽采用喷锡工艺。设计槽孔时，建议选择喷锡工艺，尤其是槽孔长度超过5mm，槽孔两面环宽最好大于0.3mm（极限为0.2mm），或者采用沉金工艺。如果槽孔环宽小于0.3mm，在喷锡过程中，喷锡冲压力太大，容易出现爆孔问题。如果一面孔环铜皮符合要求，而另外一面没有铜环的情况。这种单边铜环的槽孔，更容易受到冲击，导致爆孔。http://yezi-guankong.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/distributes/20249/1725508055078.jpeg?x-oss-process=style/image-minify>喷锡爆孔（左侧和右侧所示）当槽孔密集排列时，基材的经纬线可能在钻孔过程中被破坏，进而导致喷锡时出现爆孔问题。这种特殊形态的设计，建议使用沉金工艺。过孔（Via）和元件孔（Pad）有何区别？在PCB中，孔径分为过孔（Via）和元件孔（Pad），一定不要混用。过孔一般是起到两面导通的作用，加工过程常规是选择盖油处理。元件孔（Pad）通常是设计成插件孔，在插件焊接时使用。如果混用过孔（Via）和元件孔（Pad），一种情况是误将过孔（Via）属性用于插件封装中当做元件孔。选择过孔盖油时，插件孔会被油墨盖住或者堵住，且大小无法达到有效控制。另一种情况是误将元件孔（Pad）当做过孔使用，那么软件自动关闭过孔开窗时，无法有效识别，会导致需要盖油的过孔无法盖油。总结●在设计PCB时，过孔是不能设计成任意大小的。●从PCB制造角度来说，小于0.3mm的孔被称为小孔。过孔小不仅让PCB难电镀，而且加工效率变低。如果焊环偏小，可能出现偏孔现象。●“短槽”难加工，建议设计槽孔的最佳长宽比为长/宽大于或等于2.5。●设计槽孔时，环宽最好大于0.3mm（极限为0.2mm），建议选择喷锡工艺或沉金工艺。●不要混用过孔（Via）和元件孔（Pad）