1. Введение в отверстия печатных плат
Печатная плата или PCB — это очень важный компонент или строительный блок для создания схемы, на котором соединяются различные компоненты схемы. Но самым важным фактором для проектирования и обработки всех компонентов на плате являются различные типы отверстий, которые изготавливаются с использованием различных технологий и процессов. Каждый тип отверстий имеет свой собственный процесс изготовления и рабочие характеристики. Основная функция отверстий — облегчить монтаж компонентов на плату, обеспечивая прочные и надежные электрические соединения и структурную прочность платы PCB. В этом уроке мы рассмотрим различные типы отверстий PCB, которые важны для точного проектирования и производства печатных плат в соответствии с требованиями проекта. Итак, начнем!
2. Типы отверстий на печатной плате
2.1 Металлизированные сквозные отверстия (PTH)
Покрытие сквозных отверстий, также известное как химическое покрытие медью. Эти отверстия просверливаются через плату и облицовываются с помощью меди, которая является проводящим материалом. Олово или золото используются для облицовочного покрытия, которое помогает создать соединение между слоями платы PCB.
Функция этих отверстий заключается в создании электрических соединений между различными слоями платы печатной платы или компонентами, подключенными к плате. Эти отверстия также полезны для обеспечения низкого сопротивления для выводов компонентов и медных проводов и повышения механической стабильности сборки печатной платы.
Металлизированные сквозные отверстия также полезны для создания прочных соединений между слоями двухсторонней платы или многослойной платы.
Основными сферами применения ПТГ являются гальванопокрытие смоляной медью, гальванопокрытие медью или гальванопокрытие алмазной медью.
2.2 Неметаллизированные сквозные отверстия (NPTH)
В этом типе отверстий печатной платы медь не используется в качестве покрытия стенок отверстий; в результате стволы отверстий не имеют проводящей природы или электрических свойств. Их лучше всего использовать там, где плата поставляется с медными дорожками с одной стороны, но они не являются хорошим вариантом для многослойных плат, поскольку использование этих отверстий уменьшает количество слоев платы.
Однако изготовление этих отверстий является простым и быстрым процессом и используется для инструментальных отверстий для крепления плат в рабочей точке. Они также изготавливаются для винтов или болтообразных компонентов, закрепляя и используя в качестве радиатора для рассеивания тепла.
2.3Половина отверстий
Полуотверстия в плате печатной платы, также называемые полуотверстиями пластины или корончатыми отверстиями, частично просверлены через отверстия, сделанные на краю платы, и эти отверстия фрезеруются наполовину. Эти отверстия используются для пайки другой печатной платы на основной плате. Проще говоря, создают соединение между двумя отдельными платами, и они являются основной частью соединений компонентов высокой плотности. Для подключения Bluetooth на другой плате используются сквозные отверстия с металлизацией.
2.3 Сквозные отверстия
Основное назначение переходных отверстий — создание прочных электрических соединений между различными слоями печатных плат, а также их использование для металлизированных сквозных соединений компонентов и т. д. Соединение различных слоев многослойных плат через переходные отверстия помогает облегчить поток сигналов между слоями и подключенными компонентами.
Слепой виас
Глухие переходные отверстия платы выполнены из верхних или нижних слоев во внутренние слои и не проходят полностью в плату, как сквозные переходные отверстия. В этом представлении мы не можем видеть другую сторону платы.
Эти отверстия изготавливаются с использованием процесса механического сверления, а иногда лазеры используются для сверления глухих отверстий. Для сверления этих типов отверстий убедитесь в их точных размерах. Это либо сложный процесс, но мы можем сверлить глухие отверстия прямо на плате.
Основное применение глухих переходных отверстий — соединение одного внешнего слоя с минимум одним внутренним слоем. Соотношение сторон для этих переходных отверстий составляет 1:1 или больше.
Глухие переходные отверстия являются частью производства печатных плат HDI, но убедитесь, что плата, имеющая глухие переходные отверстия, не всегда является печатной платой HDI.
Скрытые переходные отверстия
Скрытые переходные отверстия сделаны между внутренними слоями платы PCB, и они не видны с внешней стороны платы. Основное назначение этих переходных отверстий — создание соединений между 2 или более внутренними слоями. Для каждого уровня соединения определите отверстия как отдельные файлы сверл.
Соотношение сторон для скрытых переходных отверстий составляет 1:12 или больше.
Согласно стандартам IPC, рекомендуемый диаметр глухих и скрытых переходных отверстий не должен превышать 6 мил.
Сложенные переходы
Stack vias — это глухие или скрытые переходы, которые используются для создания соединений между различными слоями платы для более чем трех слоев схемы. Stacked vias имеют два или более переходов, сконфигурированных друг на друга, которые пересекают много слоев плат.
Основное применение стековых переходных отверстий — в многослойных платах, а также в платах HDI. Конструкция стековых переходных отверстий такова, что каждое отверстие в стеке сконфигурировано с одним внутренним слоем платы.
Основная особенность этих переходных отверстий заключается в обеспечении непрерывных электрических соединений в разных слоях. Проекты, где пространство ограничено, но сложная конструкция, используют многоуровневые переходные отверстия.
Смещенные переходы
Ступенчатые переходы создаются, когда переходы разных слоев печатной платы соединены, но не перекрываются. Ступенчатые переходы имеют много переходов в таких соединениях, которые не имеют прямого соединения, поскольку оси сверления различны.
Ступенчатые переходы создают зигзагообразный рисунок на плате, если смотреть на плату с любой стороны. Основное применение ступенчатых переходов — в платах HDI и многослойных печатных платах.
Пропустить промежуточные пункты
Это отверстие проходит через множество слоев платы, но не имеет электрического соединения ни с одним слоем. Пропускные отверстия могут быть перекрывающимися, глухими или скрытыми. Эти отверстия важны для платы HDI для создания компактных и сложных схем. Пропускные отверстия создают вертикальные электрические соединения между слоями платы, что обеспечивает плотную упаковку компонентов и сокращает длину пути сигнала.
Отверстия в контактной площадке
Via in the pad — менее распространенный тип переходных отверстий печатной платы, и в этой конструкции переходное отверстие выполняется непосредственно под контактной площадкой компонента поверхностного монтажа, а не прокладывается дорожка вокруг контактной площадки. Через соединение контактной площадки компонента на верхних слоях с внутренним слоем платы.
Главные особенности, которые помогают использовать эти переходные отверстия, заключаются в том, что они обеспечивают легкую трассировку и контроль паразитной индуктивности. Их недостаток в том, что во время оплавления паяльная паста проходит через переходные отверстия и влияет на пайку на контактной площадке печатной платы.
2.4 монтажных отверстий
Монтажные отверстия сделаны в печатной плате, чтобы обеспечить точки для крепления платы к шасси. Эти отверстия имеют больший размер, чем другие типы отверстий платы, и обычно сделаны на углах платы. Для создания прочного и стабильного соединения между платой и монтажными компонентами вокруг монтажных отверстий накладываются медные прокладки.
2.5 Зенковка и зенковка отверстий
Отверстия с зенковкой сделаны для болтов или винтов и имеют плоские головки, которые имеют больший размер по сравнению с конструкциями винтов. Эти отверстия имеют 2 диаметра отверстий, больший диаметр в верхней части для обработки головки винта и малый диаметр для размещения тела винта или болта.
Зенковки используются в случаях, когда винты должны иметь коническую головку. Эти отверстия делаются под коническим углом, соответствующим конусности верхней части головки винта, что помогает винту сидеть заподлицо с поверхностью доски. Для изготовления зенковок обычно используются сверла с углом 82 или 90 градусов.
Изображение Зенковка и зенковка отверстий
2.6 Реперные отверстия (отверстия для выравнивания)
Реперные отверстия, называемые выравнивающими отверстиями, представляют собой небольшие и определенные отверстия, просверленные на плате, которые используются в качестве контрольных точек для автоматизированных производственных инструментов. Их главная функция заключается в обеспечении точного выравнивания во время различных фаз, таких как соединение компонентов, процесс трафарета и тестирование, что гарантирует, что все компоненты на платах точно соединены для сборки платы.
Изображение: Реперные отверстия
2.7 Специальные типы отверстий на печатной плате
- Отверстия для штампов
Отверстия для штампа, также называемые отверстиями для разрыва, представляют собой небольшие отверстия, выполненные последовательно или в ряд с краями каждой печатной платы на панели. Эти отверстия выглядят как края штампов, поэтому их называют отверстиями для штампа. Основное применение этих отверстий — депанелизация печатных плат. В процессе депанелизации одна плата отделяется от более крупной панели. Этот процесс используется для повышения эффективности производства и снижения расходов.
3. Рекомендации по проектированию отверстий на печатной плате
При проектировании отверстий на печатной плате необходимо учитывать множество факторов, перечисленных здесь.
Размер отверстия и соотношение сторон
Значение размера отверстия зависит от техники сверления и количества слоев платы. Отношение глубины отверстия к диаметру отверстия называется соотношением сторон.
| Техника бурения | Минимум Диаметр отверстия | Макс. соотношение сторон |
| Механическое сверление | 0.2 мм | 10:1 |
| Лазерное сверление (микроотверстия) | 0.075 мм | с 1:1 до 1.5:1 |
| Химическое травление | ~50 мкм | ~ 1: 1 |
| EDM (Электрический разряд) | 0.1 мм | 5:1 |
| Ультразвуковое сверление | 0.2 мм | 5:1 |
Допуски сверления и сведения о кольцевом кольце
Кольцевое кольцо представляет собой медное покрытие вокруг металлизированного отверстия. Если нет надлежащей ширины кольца, это вызывает проблемы с надежностью платы.
| Размер отверстия (мм) | Допуск сверления (± мм) | Мин. кольцевое кольцо (мм) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 – 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Толщина покрытия для сквозных отверстий и переходных отверстий
Толщина покрытия в соответствии с требованиями проекта обеспечивает хорошую механическую прочность платы и электропроводность.
| Отверстие | Толщина медного покрытия | Стандарт |
| Металлизированное сквозное отверстие (PTH) | 25 - 50 мкм | IPC-6012 |
| Микровия (HDI) | 5 - 25 мкм | IPC-6016 |
| Слепой / Похороненный | 15 - 30 мкм | IPC-6012 |
| Отверстия в контактной площадке | 25 – 50 мкм (заполненный, покрытый) | IPC-4761 |
Материал
Использование материалов для платы также влияет на точность отверстий.
| Материал | Особенность бурения |
| FR-4 | Он имеет простые функции сверления и может легко обрабатывать все типы отверстий. |
| Высокий ТГ FR-4 | Для проделывания отверстий в этом материале используются более прочные сверла. |
| Алюминиевые печатные платы | Для изготовления отверстий в этой плате используются фрезерные станки с ЧПУ или специальные сверла. |
| Керамические печатные платы | Для изготовления отверстий в керамических плитах используется ультразвуковое или лазерное сверление. |
| Гибкие печатные платы | химическое травление или лазерное сверление используется |
4. Функции отверстий печатной платы
Электрическая связь между слоями
Основное применение отверстий в печатных платах — создание электрических соединений между слоями печатной платы. Такие сквозные отверстия с металлизацией помогают передавать сигнал и питание с одной стороны платы на другую.
Глухие, скрытые и сквозные переходные отверстия помогают создавать многослойные соединения для печатных плат HDI.
Для высокоскоростной передачи сигнала в различных компактных конструкциях используются микроотверстия.
Монтаж компонентов
В основном для соединения компонентов на плате применяется технология сквозного монтажа, или THT, использующая сквозные металлизированные отверстия для пайки выводов компонентов и вставки в отверстия.
Отверстия для печатной платы также обеспечивают более прочное соединение с платой по сравнению с SMT. Отверстия лучше всего подходят для подключения мощных компонентов, таких как разъемы и конденсаторы.
Рассеивание тепла
Отверстия в печатной плате также отводят тепло, которое генерируется различными компонентами на плате, и предотвращают перегрев. Тепловые переходные отверстия помогают отводить тепло от нагретых компонентов к радиатору. В то время как переходные отверстия в контактной площадке увеличивают рассеивание тепла за счет управления тепловым сопротивлением.
5. Распространенные проблемы с отверстиями в печатных платах и как их избежать
Несоосность отверстий
- В этом положении сверления отверстия для дефекта оно не соответствует требованиям и приводит к неправильному соединению контактных площадок компонентов и внутренних слоев. Эта ошибка является результатом электрических отключений или неправильных методов пайки.
- Это также происходит из-за расширения материала платы во время изготовления.
- Чтобы избежать этой проблемы, используйте реперные знаки в определенных точках и используйте качественные материалы, чтобы избежать расширения/сжатия.
- Если вы работаете с многослойными платами, используйте функции рентгеновского контроля совмещения.
Недостаточное кольцевое кольцо
- В этой ошибке медная площадка около отверстий не является требованиями или имеет малый размер, который влияет на механические и электрические характеристики. В результате на плате образуются открытые цепи или слабые паяные соединения.
- Чтобы решить эту проблему, установите кольцевые детали. Используйте правильный размер прокладки для небольших несоосностей.
Перекрывающиеся отверстия
- При этой ошибке многие отверстия перекрывают друг друга, что делает конструкцию платы плохой. В результате происходит прорыв меди и расслоение.
- Это происходит из-за неправильной конфигурации отверстий в конструкции платы.
- Используйте правильное расстояние между отверстиями и сверла большего диаметра, чтобы избежать перекрытия.
Неправильные размеры отверстий
- При этой ошибке отверстия больше и меньше по размеру и влияют на точность установки компонента. Эта ошибка влияет на особенности пайки и электрические соединения.
- Эта ошибка возникает из-за неправильного размера сверла в файлах Gerber и неправильной толщины покрытия.
- Чтобы решить эту проблему, следуйте стандартному размеру отверстия в соответствии с заданным значением и установите толщину покрытия.
Заключение
Отверстие печатной платы является основным компонентом для проектирования печатной платы и правильной работы в любых электронных устройствах и проектах. Эти отверстия важны для обеспечения электрического соединения между различными слоями плат и механической прочности. Существуют различные типы отверстий печатной платы, такие как неметаллизированные сквозные отверстия, металлизированные сквозные отверстия и сквозные отверстия, такие как сквозные отверстия, глухие отверстия, скрытые отверстия, микроотверстия и т. д. Каждое из них имеет свои особенности и значение для проектирования и работы печатной платы. Каждый тип отверстия печатной платы имеет свою конструкцию и особенности, но основная цель, используемая на плате, — это создание электрических соединений между слоями печатной платы, монтаж компонентов и создание соединений с внешними компонентами на плате. Старые печатные платы поставляются в основном с металлизированными сквозными отверстиями для монтажа сквозных компонентов, и с высоким спросом на платы высокой плотности производители теперь используют компоненты для поверхностного монтажа, которые не являются металлизированными сквозными отверстиями. Для миниатюрных отверстий высокой плотности используются отверстия, просверленные лазерами.
