1. Introduktion till PCB-hål
PCB, eller kretskort, är en mycket viktig komponent eller byggsten för kretsskapande där olika kretskomponenter är anslutna. Men den viktigaste faktorn för design och hantering av kretskort är att alla komponenter på kortet tillverkas med olika tekniker och processer. Varje typ av hål har sin egen tillverkningsprocess och prestanda. Hålens huvudsakliga funktion är att göra det enkelt för komponenter att monteras på kortet, vilket ger starka och tillförlitliga elektriska anslutningar och strukturell styrka för kretskortskortet. I den här handledningen kommer vi att gå igenom olika typer av kretskortshål som är viktiga för korrekt kretskortsdesign och produktion enligt projektets krav. Så låt oss komma igång!
2. Typer av PCB-hål
2.1 Pläterade genomgående hål (PTH)
Pläterade genomgående hål, även kända som elektrolös plätering av koppar. Dessa hål borras genom kortet och beläggs med hjälp av koppar, vilket är ett ledande material. Tenn eller guld används för beklädnad som hjälper till att skapa anslutningen mellan kretskortslagren.
Funktionen hos dessa hål är att skapa elektriska anslutningar mellan olika kretskortslager eller komponenter som är anslutna till kortet. Dessa hål är också användbara för att ge låg resistans för komponentkablar och koppartrådar och öka kretskortsmonteringens mekaniska stabilitet.
Genomgående pläterade hål är också användbara för att skapa starka anslutningar mellan dubbelsidiga kretskort eller flerskiktade kretskortslager.
De huvudsakliga användningsområdena för PTH är i hartskopparplätering, kopparplätering eller diamantkopparplätering.
2.2 Opläterade genomgående hål (NPTH)
I den här typen av kretskortshål används ingen koppar som plätering på hålväggarna; håltrummorna har därför inte någon ledande natur eller elektriska egenskaper. De är bäst att använda där kortet har kopparspår på ena sidan, men de är inte ett bra alternativ för flerskiktskort eftersom användningen av dessa hål minskar antalet lager för kortet.
Tillverkningen av dessa hål är dock en enkel och snabb process och används för att bearbeta hål för att fästa kretskort vid arbetspunkten. De är också gjorda för skruvar eller bultliknande komponenter, för att fästa dem och användas som kylfläns för värmeavledning.
2.3Halva hål
Halvhålen i kretskortet, även kallade platthalvhål eller krenelerade hål, är delvis borrade genom hål som är gjorda i kortets kant, och dessa hål är frästa halvvägs igenom. Dessa hål används för att löda ett annat kretskort på moderkortet. Enkelt uttryckt, skapar de anslutningen mellan två separata kort, och de är huvuddelen av högdensitetskomponentanslutningar. För anslutning av Bluetooth på ett annat kort används pläterade genomgående hål.
2.3 Viahål
Huvudsyftet med via-hål är att skapa starka elektriska anslutningar för olika lager av kretskort och även att användas för pläterade hålmonterade komponentanslutningar etc. Anslutningen av olika lager av flerskiktskort genom vias hjälper till att underlätta signalflödet mellan lager och anslutna komponenter.
Blinda Vias
Kortets blinda vias är gjorda från de övre eller nedre lagren till de inre lagren och går inte helt in i kortet som pläterade genomgående vias. I den här vyn kan vi inte se den andra sidan av kortet.
Dessa vias tillverkas med hjälp av en mekanisk borrprocess, och ibland används lasrar för att borra blindvias. För borrning av dessa viatyper, se till att de har korrekta dimensioner. Antingen är det en komplicerad process, men vi kan borra blindvias direkt på kortet.
Den huvudsakliga användningen av blindvias är att skapa en anslutning till ett externt lager med minst ett inre lager. Bildförhållandet för dessa vias är 1:1 eller större.
Blindvias är en del av tillverkningen av HDI-kretskort, men se till att kortet som har blindvias inte alltid är ett HDI-kretskort.
Begravda vias
De nedgrävda vias är gjorda mellan kretskortets inre lager, och dessa syns inte från kortets utsida. Huvudsyftet med dessa vias är att skapa anslutningar mellan två eller flera inre lager. För varje anslutningsnivå, definiera hål som separata borrfiler.
Bildförhållandet för nedgrävda vias är 1:12 eller större.
Enligt IPC-standarder är den rekommenderade diametern för blinda vias och nedgrävda vias inte större än 6 mil.
Staplade Vias
Stackvias är blinda vias eller nedgrävda vias som används för att skapa anslutningar mellan olika kortlager för mer än tre kretslager. De staplade vias levereras med två eller fler vias konfigurerade ovanpå varandra som korsar många lager av kort.
De huvudsakliga användningsområdena för staplade vias är i flerskiktskort och även i HDI-kort. Utformningen av staplade vias är sådan att varje via i stacken är konfigurerad med ett internt lager av kortet.
Huvudfunktionen hos dessa vias är att de kan tillhandahålla kontinuerliga elektriska anslutningar i olika lager. För projekt där utrymmet är begränsat men komplex design används staplade vias.
Förskjutna Vias
Sicksackförsedda vias tillverkas när olika kretskortslagervias är anslutna men inte överlappande. Sicksackförsedda vias har många vias i sådana anslutningar som inte har en direkt anslutning eftersom borraxlarna är olika.
De förskjutna vias bildar ett sicksackmönster på kortet när vi betraktar kortet från vilken sida som helst. De huvudsakliga användningsområdena för förskjutna vias är i HDI-kort och flerskiktade kretskort.
Hoppa över Vias
Denna via passerar många lager på kortet men har ingen elektrisk anslutning till något lager. Skip vias kan vara överlappande vias, blinda vias eller nedgrävda vias. Dessa vias är viktiga för HDI-kortet för att skapa kompakta och komplicerade kretsar. Skip vias skapar vertikala elektriska anslutningar mellan kortlagren vilket skapar tät komponentpackning och minskar signalvägslängden.
Vias-in-Pad
Via i plattan är en mindre vanlig typ av PCB-vias, och i denna design görs viaen direkt under den ytmonterade komponentplattan istället för att dra spåret runt plattan. Via anslutningen av komponentplattan på de övre lagren med det inre lagret på kortet.
De viktigaste egenskaperna som underlättar användningen av dessa vias är att de ger enkel routing och styrning av parasitisk induktans. Nackdelen är att lödpasta passerar genom vias vid återflödestillfället och påverkar lödningen på kretskortsplattan.
2.4 Monteringshål
Monteringshål görs i kretskortet för att ge punkter för montering av kortet med chassit. Dessa hål har större storlekar än andra håltyper av kort och görs normalt i kortets hörn. För att skapa en stark och stabil förbindelse mellan kortet och monteringskomponenterna appliceras kopparplattor runt monteringshålen.
2.5 Försänknings- och försänkningshål
Försänkta hål är gjorda för bultar eller skruvar och har plattbottnade huvuden som är större jämfört med skruvkonstruktioner. Dessa hål har hål med två diameter, en större diameter i den övre delen för att hantera skruvhuvudet och en mindre diameter för att ha en skruv- eller bultkropp.
Försänkare används för applikationer där skruvar behöver koniska huvuden. Dessa hål görs i en konisk vinkel som motsvarar konan på skruvens övre del av huvudet, vilket hjälper skruven att sitta jämnt mot skivans yta. För att tillverka försänkare används normalt 82- eller 90-graders borr.
bild Försänknings- och försänkningshål
2.6 Fiducialhål (justeringshål)
Fiducialhål, kallade justeringshål, är små och definierade hål som borras på kretskort och används som referenspunkter för automatiserade tillverkningsverktyg. Deras huvudsakliga funktion är att ge noggrann justering vid olika faser, såsom komponentanslutning, stencilprocess och testning, vilket säkerställer att alla komponenter på kretskort är korrekt anslutna för kretskortsmontering.
Bild: Referenshål
2.7 Speciella håltyper för kretskort
- Stämpelhål
Stämpelhål, även kallade brythål, är små hål som görs i sekvens eller rad med kanterna på varje kretskort i panelen. Dessa hål ser ut som kanterna på stämplar, så de kallas stämpelhål. Den huvudsakliga användningen av dessa hål är för kretskortsavpanelering. I avpaneleringsprocessen separeras ett enda kort från den större panelen. Den processen används för att öka produktionseffektiviteten och minska kostnaderna.
3. Att tänka på vid håldesign för kretskort
Många faktorer måste beaktas vid design av kretskortshål som listas här.
Hålstorlek och bildförhållande
Värdet på hålstorleken baseras på borrtekniker och antalet lager i skivan. Förhållandet mellan håldjup och håldiameter kallas aspektförhållande.
| Borrningsteknik | Minsta håldiameter | Maximalt bildförhållande |
| Mekanisk borrning | 0.2 mm | 10:1 |
| Laserborrning (mikrovia) | 0.075 mm | 1: 1 till 1.5: 1 |
| Kemisk etsning | ~50 µm | ~ 1: 1 |
| EDM (elektrisk urladdning) | 0.1 mm | 5:1 |
| Ultraljudsborrning | 0.2 mm | 5:1 |
Borrtolerans och ringformade detaljer
Den ringformade ringen är av koppar som täcker det pläterade hålet. Om ringen inte har rätt bredd orsakar det problem med kortets tillförlitlighet.
| Hålstorlek (mm) | Borrtolerans (± mm) | Minsta ringformade ring (mm) |
| ≤ 0.3 | ± 0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ± 0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ± 0.075 | 0.2 |
Pläteringstjocklek för PTH och vias
Pläteringstjockleken enligt konstruktionskraven ger god mekanisk hållfasthet och elektrisk ledningsförmåga för kortet.
| Hål | Kopparpläteringstjocklek | Standard |
| Pläterad genomgående hål (PTH) | 25 - 50 um | IPC-6012 |
| Mikrovia (HDI) | 5 - 25 um | IPC-6016 |
| Blind/Begravd via | 15 - 30 um | IPC-6012 |
| Vias-in-Pad | 25–50 µm (fylld, pläterad) | IPC-4761 |
Material
Användningen av material för skivor påverkar också hålnoggrannheten
| Material | Borrningsfunktion |
| FR-4 | Den har enkla borrfunktioner och klarar enkelt alla typer av hål |
| Hög-TG FR-4 | För att göra hål i detta material används starkare borrkronor |
| PCB i aluminium | CNC-fräsning eller specialborrar används för att göra hål i detta kort. |
| Keramiska PCB | ultraljuds- eller laserborrning används för att göra hål i keramiska skivor |
| Flexibla kretskort | kemisk etsning eller laserborrning som används |
4. Funktioner hos kretskortshål
Elektrisk anslutning mellan lager
Hål används huvudsakligen i kretskort för att skapa elektriska anslutningar mellan kretskortslager. Till exempel pläterade genomgående hål hjälper till att överföra signaler och ström från ena sidan till en annan sida av kortet.
Blind-, nedgrävda och genomgående hålvior hjälper till att göra flerskiktsanslutningar för HDI-kretskort.
För höghastighetssignalöverföring i olika kompakta utföranden används mikrovias.
Komponentmontering
Mestadels för anslutning av komponenter ombord på hålmonteringsteknik, eller THT använder genompläterade hål för lödning och införing av komponentkablar i hål.
Hål i kretskortet skapar också en starkare anslutning till kortet jämfört med ytmonterade kretskort. Hål är bäst för anslutning av högpresterande komponenter som kontakter och kondensatorer.
Värmeavledning
Hål i kretskortet hanterar även värmeavledning som genereras från olika komponenter på kortet och undviker överhettning. Termiska vior hjälper till att leda värme från uppvärmda komponenter till kylflänsen. Vior i plattan ökar värmeavledningen genom att kontrollera termiskt motstånd.
5. Vanliga problem med hål i kretskort och hur man undviker dem
Hålfeljustering
- I denna felborrningsposition är det inte enligt kraven och resulterar i en felaktig anslutning av komponentplattor och inre lager. Detta fel är resultatet av elektriska frånkopplingar eller felaktig lödteknik.
- Det uppstår också på grund av att skivmaterialet expanderar vid tillverkningstillfället.
- För att undvika detta problem, använd referensmärken vid definierade punkter och använd kvalitetsmaterial för att undvika expansion/kontraktion.
- Om du arbetar med flerskiktskort, använd funktioner för röntgenjusteringskontroll.
Otillräcklig ringformad ring
- I detta fel är kopparplattan runt hålen inte ett krav eller en liten storlek som påverkar mekaniska och elektriska funktioner. Som ett resultat uppstår öppna kretsar eller svaga lödfogar på kortet.
- För att lösa problemet, ställ in ringformade detaljer. Använd rätt dynastorlek för mindre feljusteringar.
Överlappande borrhål
- I det här felet överlappar många borrhål varandra, vilket ger en dålig kretskortsdesign. Som ett resultat uppstår kopparbrytning och delaminering.
- Det uppstår på grund av felaktig hålkonfiguration i kortdesignen.
- Använd rätt hålavstånd och större borr för att undvika överlappning.
Felaktiga hålstorlekar
- I detta fel är hålen större och mindre i storlek och påverkar korrekt komponentinsättning. Detta fel påverkar lödningsfunktioner och elektriska anslutningar.
- Detta fel beror på felaktig borrstorlek i Gerber-filarna och felaktig pläteringstjocklek.
- För att lösa detta problem, följ standardhålstorleken enligt det definierade värdet och ställ in plåttjockleken.
Slutsats
PCB-hålet är huvudkomponenten för PCB-design och korrekt funktion i alla elektroniska enheter och projekt. Dessa hål är viktiga för att tillhandahålla elektrisk anslutning mellan olika lager av kort och mekanisk hållfasthet. Det finns olika typer av PCB-hål, såsom icke-pläterade genomgående hål, pläterade genomgående hål och via-hål såsom genomgående hål, blinda vias, nedgrävda vias, mikrovias, etc. Var och en har sina egna egenskaper och betydelse för PCB-korts design och funktion. Varje typ av PCB-hål har sin design och sina funktioner, men det huvudsakliga syftet som används i ett kort är att göra elektriska anslutningar mellan PCB-lager, komponentmontering och göra anslutningar med externa komponenter på kortet. Äldre PCB-kort har mestadels pläterade genomgående hål för montering av genomgående komponenter, och med den höga efterfrågan på högdensitetskort innebär det nu att tillverkare använder ytmonterade komponenter som inte är pläterade genomgående hål. För högdensitetsminiatyrvias används borrade med lasrar.
