1. Introduktion til PCB-huller
PCB, eller printkort, er en meget vigtig komponent eller byggesten til kredsløbskonstruktion, hvorpå forskellige kredsløbskomponenter er forbundet. Men den vigtigste faktor for design og håndtering af printkort er, at alle komponenter på printkortet fremstilles med forskellige typer huller ved hjælp af forskellige teknikker og processer. Hver type hul har sin egen fremstillingsproces og arbejdsevne. Hullernes hovedfunktion er at gøre det nemt for komponenter at montere på printkortet, hvilket giver stærke og pålidelige elektriske forbindelser og strukturel styrke til printkortet. I denne vejledning vil vi dække forskellige typer printkorthuller, der er vigtige for præcist printkortdesign og -produktion i henhold til projektets krav. Så lad os komme i gang!
2. Typer af printkorthuller
2.1 Belagte gennemgående huller (PTH)
Belagte gennemgående huller, også kendt som elektrolytisk belægning af kobber. Disse huller bores gennem printpladen og fores med kobber, som er et ledende materiale. Tin eller guld bruges til belægning, der hjælper med at skabe forbindelsen mellem printpladelagene.
Funktionen af disse huller er at skabe elektriske forbindelser mellem forskellige printkortlag eller komponenter, der er forbundet til printkortet. Disse huller er også nyttige til at give lav modstand til komponentledninger og kobbertråde og øge printkortets mekaniske stabilitet.
Gennemgående belagte huller er også nyttige til at lave stærke forbindelser mellem lagene af dobbeltsidet printplade eller flerlagsprintplader.
De primære anvendelser af PTH'er er i harpiksforbering, kobberbelægning eller diamantforbering.
2.2 Ikke-belagte gennemgående huller (NPTH)
I denne type printkorthul bruges der ikke kobber som belægning på hulvæggene; som følge heraf har hultønder ikke en ledende natur eller elektriske egenskaber. De er bedst at bruge, hvor printkortet har kobberskinner på den ene side, men de er ikke en god mulighed for printkort med flere lag, da brugen af disse huller reducerer antallet af lag på printkortet.
Fremstillingen af disse huller er dog en nem og hurtig proces og bruges til at fremstille huller til fastgørelse af plader på arbejdsstedet. De er også lavet til skruer eller boltlignende komponenter, der fastgør dem, og bruges som køleplade til varmeafledning.
2.3Halve huller
Halvhullerne i printkortet, også kaldet pladehalvhuller eller krenelerede huller, er delvist boret gennem huller lavet i printkortets kant, og disse huller er fræset halvvejs igennem. Disse huller bruges til at lodde et andet printkort på bundkortet. Med enkle ord, skaber de forbindelsen mellem to separate printkort, og de er hoveddelen af komponentforbindelser med høj tæthed. Til tilslutning af Bluetooth på et andet printkort bruges belagte gennemgående huller.
2.3 Via-huller
Hovedformålet med via-huller er at skabe stærke elektriske forbindelser til forskellige lag af printkort og også at blive brugt til belagte gennemgående hulkomponentforbindelser osv. Forbindelsen af forskellige lag af flerlagskort gennem vias hjælper med at lette signalstrømmen mellem lag og tilsluttede komponenter.
Blind Vias
De blinde vias på printpladen er lavet fra de øverste eller nederste lag til de indre lag og går ikke helt igennem printpladen, som det er tilfældet med belagte, gennemgående vias. I denne visning kan vi ikke se den anden side af printpladen.
Disse vias er lavet ved hjælp af en mekanisk boreproces, og nogle gange bruges lasere til at bore blinde vias. Ved boring af disse via-typer skal man sørge for deres nøjagtige dimensioner. Det er enten en vanskelig proces, men vi kan bore blinde vias direkte på pladen.
Den primære anvendelse af blinde vias er at oprette en forbindelse til et eksternt lag med mindst et indre lag. Billedformatet for disse vias er 1:1 eller større.
Blindvias er en del af HDI-printkortproduktion, men sørg for, at det printkort, der har blindvias, ikke altid er et HDI-printkort.
Begravet vias
De nedgravede vias er lavet mellem printkortets indvendige lag, og disse er ikke synlige fra printkortets yderside. Hovedformålet med disse vias er at skabe forbindelser mellem 2 eller flere indvendige lag. For hvert forbindelsesniveau defineres huller som separate borefiler.
Billedformatet for nedgravede vias er 1:12 eller større.
Ifølge IPC-standarder er den anbefalede diameter for blinde vias og nedgravede vias ikke større end 6 mils.
Stablede Vias
Stack-vias er blinde vias eller nedgravede vias, der bruges til at oprette forbindelser mellem forskellige printkortlag for mere end tre kredsløbslag. De stablede vias leveres med to eller flere vias konfigureret oven på hinanden, der går gennem mange lag af printkort.
De primære anvendelser af stablede vias er i flerlagsprintkort og også i HDI-printkort. Designet af stablede vias er sådan, at hver via i stakken er konfigureret med ét internt lag af printkortet.
Hovedfunktionen ved disse vias er at give kontinuerlige elektriske forbindelser i forskellige lag. I projekter, hvor pladsen er begrænset, men hvor komplekse designs er lavet, anvendes stablede vias.
Forskudte Vias
Forskudte vias laves, når forskellige printkortlagsvias er forbundet, men ikke overlapper hinanden. Forskudte vias leveres med mange vias i sådanne forbindelser, der ikke har en direkte forbindelse, da boreakserne er forskellige.
De forskudte vias danner et zigzag-mønster på printkortet, når vi ser det fra en hvilken som helst side. De primære anvendelser af forskudte vias er i HDI-printkort og flerlags-PCB'er.
Spring Vias over
Denne via passerer gennem mange lag på printkortet, men har ingen elektrisk forbindelse med noget lag. Skip-vias kan være overlappende vias, blinde vias eller nedgravede vias. Disse vias er vigtige for HDI-kortet til at lave kompakte og komplicerede kredsløb. Skip-vias skaber vertikale elektriske forbindelser mellem printkortlag, hvilket skaber tæt komponentpakning og reducerer signalvejslængden.
Vias-in-Pad
Via i pad'en er en mindre almindelig type printkort-vias, og i dette design er via'en lavet direkte under den overflademonterede komponentpad i stedet for at føre sporet rundt om pad'en. Via forbindelsen af komponentpad'en på de øverste lag med det indre lag af printkortet.
De vigtigste funktioner, der hjælper med at bruge disse vias, er, at de giver nem routing og kontrol af parasitisk induktans. Ulempen er, at loddepastaen passerer gennem vias under reflow og påvirker lodningen på printpladen.
2.4 Monteringshuller
Der laves monteringshuller i printkortet for at give punkter til montering af printkortet på chassiset. Disse huller har større størrelser end andre hultyper af printkort og laves normalt i printkortets hjørner. For at skabe en stærk og stabil forbindelse mellem printkortet og monteringskomponenterne, anbringes kobberpuder omkring monteringshullerne.
2.5 Forsænknings- og forsænkningshuller
Forsænkningshuller er lavet til bolte eller skruer og leveres med fladbundede hoveder, der har en større størrelse sammenlignet med skruedesign. Disse huller leveres med huller med 2 diametre, en større diameter i den øverste del til håndtering af skruehovedet og en lille diameter til at have en skrue- eller boltkrop.
Forsænkere bruges til applikationer, hvor skruer skal have koniske hoveder. Disse huller laves i en konisk vinkel, der svarer til konussen på skruens øverste del af hovedet, hvilket hjælper skruen med at sidde plant på pladeoverfladen. Til fremstilling af forsænkere anvendes normalt 82 eller 90 graders bor.
billede Forsænknings- og forsænkningshuller
2.6 Fiducialhuller (justeringshuller)
Fiducialhuller, kaldet justeringshuller, er små og definerede huller, der bores på printplader, og som bruges som referencepunkter for automatiserede produktionsværktøjer. Deres primære funktion er at give præcis justering i forskellige faser, såsom komponenttilslutning, stencilproces og testning, hvilket sikrer, at alle komponenter på printplader er forbundet korrekt til printplademontering.
Billede: Fiducialhuller
2.7 Specielle PCB-hultyper
- Stempelhuller
Stempelhuller, også kaldet breakaway-huller, er små huller, der er lavet i rækkefølge eller række med kanterne af hvert printkort i panelet. Disse huller ligner kanterne af stempler, så de er kendt som stempelhuller. Hovedanvendelsen af disse huller er til printkortafmontering. I afpaneleringsprocessen adskilles et enkelt printkort fra det større panel. Denne proces bruges til at øge produktionseffektiviteten og reducere omkostninger.
3. Overvejelser vedrørende printkorthuldesign
Mange faktorer skal tages i betragtning ved design af printkorthuller, som er anført her.
Hulstørrelse og billedformat
Værdien af hulstørrelsen er baseret på boreteknikker og antallet af lag i pladen. Forholdet mellem huldybde og huldiameter kaldes billedformatet.
| Boreteknik | Min. huldiameter | Maks. billedformat |
| Mekanisk boring | 0.2 mm | 10:1 |
| Laserboring (mikrovias) | 0.075 mm | 1: 1 til 1.5: 1 |
| Kemisk ætsning | ~50 µm | ~ 1: 1 |
| EDM (elektrisk udladning) | 0.1 mm | 5:1 |
| Ultralydsboring | 0.2 mm | 5:1 |
Boretolerance og ringformede ringdetaljer
Den ringformede ring er lavet af kobber, der dækker det belagte hul. Hvis ringen ikke har den rette bredde, kan det forårsage problemer med printpladens pålidelighed.
| Hulstørrelse (mm) | Boretolerance (± mm) | Min. ringformet ring (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Pletteringstykkelse til PTH og vias
Belægningstykkelsen i henhold til designkravene giver god mekanisk styrke for pladen og elektrisk ledningsevne.
| Hole | Kobberbelægningstykkelse | Standard |
| Belagt gennemgående hul (PTH) | 25 - 50 um | IPC-6012 |
| Mikrovia (HDI) | 5 - 25 um | IPC-6016 |
| Blind/begravet via | 15 - 30 um | IPC-6012 |
| Vias-in-Pad | 25 – 50 µm (fyldt, belagt) | IPC-4761 |
Materiale
Brugen af materialer til plader påvirker også hulpræcisionen
| Materiale | Borefunktion |
| FR-4 | Den har nemme borefunktioner og kan nemt håndtere alle typer huller |
| Høj-TG FR-4 | For at lave huller i dette materiale bruges stærkere bor |
| PCB i aluminium | CNC-fræsning eller specialbor bruges til at lave huller i dette bræt. |
| Keramiske PCB'er | Ultralyds- eller laserboring bruges til at lave huller i keramiske plader |
| Fleksible printkort | kemisk ætsning eller laserboring anvendt |
4. Funktioner af printkorthuller
Elektrisk forbindelse mellem lag
Hovedformålet med huller i printkort er at lave elektriske forbindelser mellem printkortlag. F.eks. pletterede gennemgående huller hjælper med at overføre signal og strøm fra den ene side til den anden side af printkortet.
Blinde, nedgravede og gennemgående hulvias hjælper med at lave flerlagsforbindelser til HDI-printkort.
Til højhastighedssignaltransmission i forskellige kompakte designs anvendes mikrovias.
Komponent montering
Primært til tilslutning af komponenter på printplader med gennemgående hulmonteringsteknologi, eller THT bruger gennembelagte huller til lodning og indsættelse af komponentledninger i huller.
Huller i printpladen skaber også en stærk forbindelse med printpladen sammenlignet med SMT. Huller er bedst til tilslutning af højtydende komponenter som stik og kondensatorer.
Varmedissipation
Huller i printkortet håndterer også varmeafledning, der genereres fra forskellige komponenter på kortet, og forhindrer overophedning. Termiske vias hjælper med at lede varme fra opvarmede komponenter til kølepladen. Mens vias i puden øger varmeafledningen ved at kontrollere termisk modstand.
5. Almindelige problemer med huller i printplader og hvordan man undgår dem
Hulforskydning
- I denne fejlboringsposition er det ikke i overensstemmelse med kravene og resulterer i en fejlagtig forbindelse af komponentfladerne og de indre lag. Denne fejl skyldes elektriske afbrydelser eller forkerte loddeteknikker.
- Det sker også på grund af pladematerialets udvidelse på fremstillingstidspunktet.
- For at undgå dette problem skal du bruge referencemærker på definerede punkter og bruge kvalitetsmaterialer for at undgå udvidelse/sammentrækning.
- Hvis du arbejder på flerlagsplader, skal du bruge røntgenjusteringskontrolfunktioner.
Utilstrækkelig ringformet ring
- I denne fejl er kobberpuden omkring huller ikke et krav eller en lille størrelse, der påvirker mekaniske og elektriske funktioner. Som følge heraf opstår der åbne kredsløb eller svage loddeforbindelser på printkortet.
- For at løse dette problem skal du indstille ringformede detaljer. Brug den korrekte pudestørrelse til mindre ujævnheder.
Overlappende borehuller
- I denne fejl overlapper mange borehuller hinanden, hvilket giver et dårligt printkortdesign. Som følge heraf opstår kobberbrud og delaminering.
- Det opstår på grund af forkert hulkonfiguration i printpladedesignet.
- Brug korrekt hulafstand og større bor for at undgå overlapning.
Forkerte hulstørrelser
- I denne fejl er hullerne større og mindre i størrelse og påvirker den nøjagtige indsættelse af komponenterne. Denne fejl har indflydelse på loddefunktioner og elektriske forbindelser.
- Denne fejl skyldes den fejlagtige borestørrelse i Gerber-filerne og forkert pletteringstykkelse.
- For at løse dette problem skal du følge standardhulstørrelsen i henhold til den definerede værdi og indstille pladetykkelsen.
Konklusion
PCB-hullet er hovedkomponenten i PCB-design og korrekt funktion i alle elektroniske enheder og projekter. Disse huller er vigtige for at skabe den elektriske forbindelse mellem forskellige lag af printkort og mekanisk styrke. Der findes forskellige typer PCB-huller, såsom ikke-belagte gennemgående huller, belagte gennemgående huller og via-huller såsom gennemgående vias, blinde vias, nedgravede vias, mikrovias osv. Hver type har sine funktioner og betydning for PCB-kortdesign og -funktion. Hver type PCB-hul har sit design og sine funktioner, men hovedformålet med et printkort er at lave elektriske forbindelser mellem PCB-lag, montere komponenter og oprette forbindelser med eksterne komponenter på printkortet. Ældre PCB-kort leveres for det meste med belagte gennemgående huller til montering af gennemgående komponenter, og med den store efterspørgsel efter printkort med høj densitet bruger producenter nu overflademonterede komponenter, der ikke er belagte gennemgående huller. Til miniature-vias med høj densitet anvendes borede huller med lasere.
