PCB 过孔尺寸和焊盘尺寸指南

PCB 过孔尺寸和焊盘尺寸指南

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/jkh920184196/article/details/141001332

PCB设计和布局的一些方面看似简单，但答案却很复杂，与制造的许多重要方面有关。这些设计方面之一是PCB过孔尺寸和焊盘尺寸之间的匹配。显然，这两点是相关的；所有PCB过孔都有（或应该有）一个着陆焊盘，用于支撑过孔并提供将走线路由到过孔焊盘的位置。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导原则，这种匹配是DFM（可制造性设计）和可靠性的重要元素。

您为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关，即环形环。根据IPC标准，PCB通孔的焊盘与层数、通孔尺寸和镀层厚度有关，焊盘的尺寸应确保生产过程中产生的环形环足够大。这是一个很难找到具体答案的领域，而不仅仅是“什么是环形环？”的答案。在本文中，我们将探讨答案以及它与两个重要IPC标准的关系。

PCB标准过孔尺寸和焊盘尺寸基础知识

每个通孔的表面层上都应有一个接地焊盘，以便迹线可以进行电气连接；问题是通孔焊盘需要多大。在为通孔选择合适的焊盘尺寸时，有几个地方需要着手考虑：

• 制造成本：选择更大的通孔将降低制造成本，正如我在一篇关于成本估算的旧文章中所讨论的那样。更大的PCB通孔将需要更大的焊盘尺寸。
• 走线宽度：一般认为焊盘尺寸应略大于过孔尺寸。因此，如果您使用较大的走线宽度（例如较大的受控阻抗走线），则需要较大的焊盘尺寸。请注意，这并不需要较大的过孔。
• 可靠性：更大的焊盘将更加可靠，正如我们将看到的，这就是本文的重点……IPC标准对此有很多说明，并将确定给定的钻孔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，我喜欢先选择将用于大部分电路板的通孔尺寸。然后，我将确定着陆垫的尺寸，使其符合特定的IPC等级要求。这时，我们需要考虑制造过程中留在电路板上的环形环尺寸。

根据环形圈确定垫片尺寸

接下来，我们将考虑刚性PCB上的镀通孔过孔。对于其他类型的PCB，如柔性或HDI设计，我们对可用于计算过孔尺寸的环形环有不同的标准。请查看本文的最后一部分，了解一些其他管理PCB布局和性能认证的标准。

如果我们看一下IPC-2221标准，就会发现环形环有一个简单的定义，适用于外部焊盘和内部焊盘。一些设计师会交替使用“环形环”、“焊盘”、“焊盘”和其他术语。这些定义如下图所示，或者您也可以在IPC-2221A第9.1.2节中找到这些定义：

IPC-2221标准和IPC-6012标准下的环形定义。

您可以从此链接下载IPC-2221标准文档。如果您想使用较新的IPC-6012标准，您可以从此链接下载。

这里，我们对环形环有两个定义：从完成的孔壁到焊盘边缘的距离（外层），或从钻孔壁到焊盘边缘的距离（内层）。当PCB经过制造时，它将在蚀刻过程之后进行钻孔。由于CNC钻头的偏移，钻头有可能无法击中通孔焊盘的正中央。因此，将会出现一些如上所示的剩余环形环。因此，PCB通孔上的焊盘尺寸至少应该足够大以容纳任何钻头偏移，并留下足够的铜以确保容纳上面显示的最小环形环并且不会产生缺陷。如果违反了下表和图中讨论的限制，则该特定通孔可能被视为缺陷，并且电路板可能因此报废。

此尺寸涉及IPC-2221和IPC-6012标准中的一个公式。最小通孔焊盘直径为：

L = a + 2b + c

在哪里：

• a = 成品孔直径（外层）或钻孔直径（内层）
• b = 最小环形圈尺寸（见上文）
• c = 互连焊盘的最低标准制造余量（见下表）

IPC-2221和IPC-6012标准中定义的最小环形圈尺寸如下表所示。

最后，我们得到上述公式中使用的制造余量：

*对于IPC-2221：如果层数超过8层，则增加20mil；如果铜的重量超过1盎司/平方英尺，则每盎司增加20mil。在更现代的IPC-6012标准中，这些增加被忽略了。

IPC-A-600和IPC-6012标准通常用于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标准是一种更现代的标准，它汇集了IPC 2221、IPC 4101和其他质量要求中的重要数据。应用上述公式并设置制造限制的目的是消除发生突破的可能性。如下图所示，钻孔部分位于焊盘边缘之外。如果走线非常细且焊盘尺寸太小，钻头偏移可能会导致钻头撞击切断焊盘和走线之间的连接。

[图片来自 Sierra Circuits ]

为了防止2级产品出现突破，我们以相切为目标（见上图），其中我们可以在上面的环形圈尺寸公式中设置b = 0。

这一切都导致了一个有用的指导方针：

• 为了防止走线与焊盘断开，您可以选择超大焊盘，其钻孔直径小于走线宽度。如果无法做到这一点，请在走线与焊盘连接处涂抹泪滴以防止断开。

制造商通常以C级为目标，这是PCB制造中最精细的制造公差极限，因此通常不使用A级和B级值。这应该加强IPC标准的作用；它们不会告诉您如何设计PCB或使用哪种特定的焊盘尺寸。相反，这些指南说明了什么才算成功制造，设计和制造团队必须努力实现这些目标。

那么，有了所有这些数据，确保可制造性和可靠性的最佳方法是什么？我的观点是，如果您不担心环形环尺寸，那么请遵循2级要求。这意味着焊盘尺寸将是您在设计工具中输入的直径加上制造余量。换句话说，您只需取b = 外部层的电镀厚度和b = 0的内部层。在3级的情况下，焊盘尺寸需要稍微大一点，我们需要考虑使用成品电镀直径到焊盘的2mil要求。

例如：10 mil 钻孔，C 级加工余量

假设我们有一个10 mil的钻孔，我们希望该通孔符合IPC 3级标准。如果通孔的电镀厚度达到孔壁的最小底厚（1 mil），我们现在可以使用C级制造余量来确定所需的焊盘尺寸。

对于直径为10 mil的钻孔，我们将得到8 mil的成品孔尺寸，所有层的最小焊盘直径为20 mil。此计算使用：

• a = 外层 8 mil，内层 10 mil
• b = 外部 2 mil，内部 1 mil
• 所有层上的c = 8 mil

如果我们想设计到2类，那么我们应该在外部层使用b = 镀层厚度（假设为1 mil以确保安全），在内部层使用b = 0，这意味着我们将在所有层上使用18 mil直径的焊盘，以便钻孔为10 mil，通孔壁镀层为1 mil。对于2类，只需在所有PCB通孔上使用L = 孔 + 8 mil以确保安全；我会在1类上做同样的事情。这也是在布线时定义通孔位置的最简单方法，而无需定义自定义焊盘堆栈。

超越通孔和IPC-2221/IPC-6012

上述要求列表仅适用于通孔刚性PCB，这将是大多数PCB中的主要通孔样式。如果使用盲孔或埋孔，对环形环的要求将有所不同，并且它们将取决于制造工艺（激光钻孔与机械钻孔）。一旦PCB通孔变得足够小以被视为微孔并使用HDI制造工艺，您将有一组不同的要求来控制环形环限制和焊盘尺寸。

IPC-2221标准和IPC-6012标准是刚性PCB最常引用的基本标准，但也有其他针对不同类型电路板的标准。这些标准扩展了IPC-2220/2221中的通用设计指南和标准，适用于高频板、HDI设计、柔性和刚挠结合PCB以及其他类型电路板等应用。