[经验]

PCB设计中过孔的设计规范

2023-4-17 17:37:39

901 PCB板寄生电容 BGA封装

　　过孔（via）是多层PCB的重要组成部分之一，钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔（drill hole），二是钻孔周围的焊盘区，这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然，在高速，高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。
　　但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔（drill）和电镀（plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。
　　因此综合设计与生产，我们需要考虑以下问题：
　　1、全通过孔内径原则上要求0.2mm（8mil）及以上，外径的是0.4mm（16mil）以上，有困难地方必须控制在外径为0.35mm（14mil）；
　　提示小助手：按照经验PCB常用过孔尺寸的内径和外径的大小一般遵循X*2±2mil（X表示内径大小）。比如8mil内径大小的过孔可以设计成8/14mil、8/16mil或者8/18mil；比如12mil的过孔可以设计为12/22mil、12/24mil、12/26mil；
　　2、BGA在0.65mm及以上的设计建议不要用到埋盲孔，成本会大幅度增加。用到埋盲孔的时候一般采用一阶盲孔即可（TOP层-L2层或BOTTOM-负L2），过孔内径一般为0.1mm（4mil），外径为0.25mm（10mil），如图1-1所示。

　　图1-1 一阶盲孔示意
　　3、过孔不能放置在小于0402电阻容焊盘大小的焊盘上；理论上放置在焊盘上引线电感小，但是生产的时候，锡膏容易进去过孔，造成锡膏不均匀造成器件立起来的现象（‘立碑’现象）。一般推荐间距为4-8mil，如图1-2。

　　图1-2 过孔到焊盘打孔示意
　　4、过孔与过孔之间的间距不宜过近，钻孔容易引起破孔，一般要求孔间距0.5mm及以上，0.35mm-0.4mm极力避免，0.3mm及以下禁止，如图1-3所示；

　　图1-3 过孔与过孔之间的家间距
　　5、如图1-4，除散热过孔外，≤0.5mm的过孔，需塞孔盖油（内径是0.4mm内需堵孔）。
　　1）特别是有金属外壳的器件，本体下原则不打过孔，打了过孔的一定塞孔盖油，以免造成外壳与过孔短路。
　　2）根据板厂生产反馈，会经常提到BGA下过孔离焊盘太近，需要移动过孔。这种情况都是由于过孔不是距BGA焊盘等距造成的，由于目前BAG下过孔、测试孔的位置不与BGA各焊盘等距是一种常态，PCB设计人员对此也不重视，导致工程问题不断，对焊接质量也是一种隐患。因此，我们直接推荐打孔打到两焊盘的中心位置，特别是BGA里面由于Pitch间距较小，打孔之后也需要对BGA下的过孔塞孔盖油，以免容易造成BGA球连锡短路。

　　图1-4 过孔应用情景
　　6、耳机端子、按键、FPC等固定焊盘为防焊盘铜皮掉落，在条件允许的情况下焊盘打1-2个过孔（过孔均匀放置），可以有效提高“固定性”，如图1-5。

　　图1-5 固定焊盘过孔的放置
　　7、扇孔
　　在PCB设计中过孔的扇出很重要，扇孔的方式会影响到信号完整性、平面完整性、布线的难度，以至于影响到生产的成本。
　　1）常规CHIP器件的扇孔推荐及缺陷做法，如图1-6所示，可以看出推荐做法可以在内层两孔之间过线，参考平面也不会被割裂，反之不推荐做法增加了走线难度，也把参考平面割裂，破坏平面完整性。

　　图1-6 常规CHIP器件扇出方式对比
　　同样，这个样的器件扇孔方式适用于打孔换层的情景，如图1-7所示。

　　图1-7 打孔换层应用情景
　　2）BGA扇孔方式
　　BGA扇孔同样过孔不宜打孔在焊盘上，推荐打孔在两个焊盘的中间位置。很多工程师为了出线方便随意挪动BGA里面过孔的位置甚至打在焊盘上面，如图1-8所示，造成BGA区域过孔不规则易造成后期焊接虚焊的问题，同时可能破坏平面完整性。

　　图1-8 BGA盘中孔示例

原作者：郑振宇凡亿PCB