孔環(huán)是什么？深入了解孔環(huán)有助于實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)

本文將探討孔環(huán)，因?yàn)楦钊氲牧私饪篆h(huán)有助于確保成功地實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)?？篆h(huán)是鉆孔與焊盤邊緣之間的空間，指定鉆孔周圍的最小間隙。不要以為孔環(huán)是獨(dú)立的部分，該術(shù)語用于描述在鉆取穿過焊盤的孔之后保留的銅焊盤部分。焊盤的孔環(huán)是從孔的邊緣測量到焊盤的邊緣。

孔環(huán)有多種用途，尺寸不合適的孔環(huán)可能會(huì)引起嚴(yán)重的PCB問題。除了可能造成短路外，小的或不存在的孔環(huán)還會(huì)造成嚴(yán)重的制造延遲及PCB可靠性問題。

孔環(huán)的用途

孔環(huán)最重要的用途之一是將貫穿孔保持在焊盤的邊界內(nèi)。它對于引線、焊盤和走線之間的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)和連接至關(guān)重要?？篆h(huán)也可防止鍍覆孔與接地層短路。在PCB的外層，孔環(huán)有助于確保整個(gè)PCB的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。

圖1：典型的孔環(huán)放大圖 ?

規(guī)劃適當(dāng)尺寸的孔環(huán)為PCB制造工藝提供了在公差范圍內(nèi)偏移的空間。

為了規(guī)劃足夠尺寸的孔環(huán)，推薦焊盤尺寸如下：

內(nèi)層和外層焊盤應(yīng)該至少比成品孔尺寸大18 mil，盡管導(dǎo)通孔焊盤只需要大10 mil（通常非導(dǎo)通孔的鉆孔尺寸大于成品孔尺寸，對于導(dǎo)通孔的孔，則按照成品孔尺寸鉆取）。

如果設(shè)計(jì)包括任何焊盤與走線連接處的最低要求或更高的IPC檢測級(jí)別要求，則需要在焊盤設(shè)計(jì)中考慮這一因素。

例如，18 mil的焊盤和2 mil的連接處實(shí)際上應(yīng)該有20 mil的焊盤。這些尺寸最終應(yīng)為引線創(chuàng)建9mil的孔環(huán)，為導(dǎo)通孔創(chuàng)建5mil的孔環(huán)，以允許工藝變化且仍能滿足要求。

如果有PCB制造商提供的所有所需數(shù)據(jù)，則可以使用以下公式計(jì)算最小焊盤尺寸。

L = a + 2b + c

其中：

L為所需的孔焊盤尺寸

a為鉆孔的內(nèi)徑

b為最小孔環(huán)尺寸

c為鉆孔設(shè)備的制造余量或允許偏差

孔環(huán)太小時(shí)會(huì)發(fā)生的狀況

很容易理解為什么孔環(huán)尺寸會(huì)成為問題。很多時(shí)候，設(shè)計(jì)師想要使用最大的貫穿孔鉆頭來節(jié)省成本。同時(shí)，他們希望將自己的設(shè)計(jì)緊密地填滿PCB，這樣所需的PCB尺寸就可以更小。然而，更大的鉆孔意味著更多的孔環(huán)要求。優(yōu)良的設(shè)計(jì)師需要有效權(quán)衡。

孔環(huán)太小會(huì)導(dǎo)致制造和質(zhì)量問題。最常見的問題之一是孔破出，即鉆孔越出焊盤邊緣?？灼瞥鍪菄?yán)重的問題，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致引線和焊盤之間的短路及連接不良。

孔環(huán)太小也會(huì)導(dǎo)致PCB的壽命問題。雖然PCB開始時(shí)可能運(yùn)行得很好，但在后續(xù)的某個(gè)環(huán)節(jié)，小的孔環(huán)可能會(huì)造成故障。

然而，通常情況下，當(dāng)孔環(huán)尺寸太小時(shí)，PCB會(huì)發(fā)生短路或根本無法正常工作。曾經(jīng)有過小孔環(huán)導(dǎo)致“意外的熱熔斷情況”的案例，沒錯(cuò)，PCB起火了。

PCB制造中尺寸過小孔環(huán)的發(fā)生頻率

理想情況下，在PCB設(shè)計(jì)進(jìn)入制造之前，需要審查尺寸過小孔環(huán)等問題。此審查有助于確保可以在IPC規(guī)范范圍內(nèi)構(gòu)建PCB。IPC-A-600涵蓋印制板的可接受性要求，而IPC-6012E則規(guī)定了“剛性印制板”的要求。兩份標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了不同級(jí)別產(chǎn)品的最低孔環(huán)要求。

例如，在IPC-A-600中，對于不同級(jí)別產(chǎn)品，其要求如下：

3級(jí)：盡管孔未居中于焊盤中心，但無孔破出；孔環(huán)尺寸測量值為2 mil或以上。

2級(jí)：孔破出為90°或更小，導(dǎo)體連接處測量值為2 mil或以上。

1級(jí)：孔破出為180°或更小，只要導(dǎo)體連接處減少不超過30%。

注意，只有3級(jí)產(chǎn)品需要一些孔環(huán)余量。以質(zhì)量為中心的制造商將盡其所能滿足這一要求。

圖2：孔環(huán)大小示例

不幸的是，尺寸過小或缺少孔環(huán)在PCB設(shè)計(jì)中非常常見。有時(shí)我們會(huì)看到多達(dá)30%的作業(yè)因孔環(huán)問題而被擱置。設(shè)計(jì)師和制造商需要努力解決這類問題，因此可能會(huì)使生產(chǎn)延遲數(shù)小時(shí)。

仔細(xì)考慮想要使用的鉆頭尺寸和焊盤尺寸，可以避免PCB設(shè)計(jì)中的孔環(huán)問題。這當(dāng)然會(huì)影響成本，但可能是值得的。注意，PCB設(shè)計(jì)軟件可能具有最小孔環(huán)寬度的配置設(shè)置。確保這些設(shè)置與IPC-A-600標(biāo)準(zhǔn) 3級(jí)要求相匹配，就可以開始生產(chǎn)了。

另一個(gè)可以避免孔環(huán)問題和減少孔破出機(jī)會(huì)的選項(xiàng)是在焊盤和走線上添加淚滴。這可能是有效減少孔環(huán)問題的方法。

重要的是切記，孔環(huán)在PCB功能和可靠性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。計(jì)劃不周和孔環(huán)尺寸不足是PCB制造延遲的主要原因。通過了解這些重要事實(shí)并提前計(jì)劃，可以防止孔環(huán)破壞PCB制造計(jì)劃、預(yù)算和時(shí)間進(jìn)度。

審核編輯：劉清