Quá trình sản xuất PCB một mặt hoặc hai mặt thường bao gồm việc khoan các lỗ không dẫn điện hoặc dẫn điện ngay sau khi vật liệu được cắt, trong khi các bo mạch nhiều lớp được khoan sau quá trình cán mỏng. Các lỗ được phân loại dựa trên chức năng của chúng, bao gồm các lỗ thành phần, lỗ dụng cụ, lỗ xuyên qua (Vias), lỗ mù và lỗ chôn (lỗ mù và lỗ chôn là một loại lỗ via). Khoan thông thường được thực hiện bằng thiết bị khoan cơ học. Trong sản xuất thực tế, khoảng cách giữa các lỗ thường ảnh hưởng đến cả quá trình gia công và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.
Yêu cầu sản xuất khoảng cách lỗ:
Lỗ xuyên (Lỗ dẫn điện) :
- Đường kính lỗ tối thiểu: Khoan cơ học 0.15mm, khoan laser 0.075mm.
- Khoảng cách từ mép Pad đến mép Board: 0.2mm.
- Khoảng cách từ lỗ này đến lỗ kia (từ cạnh này đến cạnh kia): Không được nhỏ hơn 6 mil; tốt nhất là lớn hơn 8 mil. Điều này rất quan trọng và phải được cân nhắc trong quá trình thiết kế.
- Đường kính lỗ thông qua tối thiểu thường không nhỏ hơn 0.2mm và khoảng cách một mặt của miếng đệm không được nhỏ hơn 4 mil, tốt nhất là lớn hơn 6 mil, không có giới hạn trên. Điều này rất quan trọng và cần được xem xét.
Lỗ đệm (PTH) :
- Khoảng cách từ mép Pad đến mép Board: 0.25mm.
- Kích thước của lỗ đệm được xác định bởi thành phần được sử dụng, nhưng nó phải lớn hơn chốt thành phần ít nhất 0.2mm. Ví dụ, một thành phần có chốt 0.6mm phải có lỗ ít nhất 0.8mm để tránh khó khăn do dung sai sản xuất.
- Khoảng cách từ lỗ đệm đến lỗ đệm (từ mép này đến mép kia): Không được nhỏ hơn 0.3mm. Càng lớn càng tốt. Điều này rất quan trọng và phải được cân nhắc.
Lỗ và rãnh không mạ (NPTH) :
- Khoảng cách lỗ khe không mạ: Khoảng cách tối thiểu phải là ít nhất 1.6mm, nếu không sẽ làm tăng nguy cơ vỡ lỗ và khó khăn trong quá trình phay cạnh.
- Khoảng cách từ khe không mạ đến mép bảng không được nhỏ hơn 2.0mm để tránh bị vỡ lỗ. Khe dài hơn phải cách mép bảng xa hơn để tránh bị tách ở mép.
- Lỗ dập không mạ: Để kết nối các tấm ván với nhau, các lỗ này phải cách nhau không quá nhỏ hoặc quá lớn để tránh làm vỡ tấm ván. Khoảng cách khuyến nghị thường là từ 0.2-0.3mm.
Tác động của khoảng cách lỗ đến độ tin cậy:
Khoảng cách giữa các lỗ :
Điều này đề cập đến khoảng cách từ thành trong của một lỗ đến thành trong của lỗ khác, không phải khoảng cách giữa các miếng đệm. Điều quan trọng là phải phân biệt giữa các phép đo này.
Nếu khoảng cách giữa các lỗ quá nhỏ thì vấn đề tiềm ẩn là gì?
- Nếu các lỗ trong cùng một mạng lưới quá gần nhau, chúng có thể gây ra các lỗ vỡ, gờ và các khuyết tật khác ảnh hưởng đến hình thức và khả năng lắp ráp.
- Đối với các lỗ trong các mạng khác nhau, khoảng cách không đủ có thể gây ra các lỗ bị vỡ, gờ hoặc thậm chí là đoản mạch do hiệu ứng mao dẫn.
Hiệu ứng mao dẫn (Hiệu ứng hút phôi) : Hiệu ứng mao dẫn xảy ra do tốc độ quay cao của mũi khoan và áp lực mà nó tác động lên vật liệu PCB xung quanh. Điều này có thể làm lỏng sợi thủy tinh bên trong bo mạch, dẫn đến các vấn đề như tạo lỗ kém và đoản mạch khi lớp mạ đồng thấm vào những khu vực bị lỏng này.
Theo hướng dẫn IPC-A-600G :
Đối với hiệu ứng mao dẫn, B không được giảm khoảng cách giữa các đường dẫn xuống dưới mức tối thiểu theo yêu cầu của thông số kỹ thuật mua hàng, và A không được vượt quá 80mm (3.150in). Điều tương tự cũng áp dụng cho khoảng cách giữa các lỗ.
Một tác động tiêu cực khác do khoảng cách giữa các lỗ quá hẹp gây ra là hiệu ứng CAF (Conductive Anodic Filamentation) :
- Hiệu ứng CAF:Nó đề cập đến các ion đồng di chuyển dọc theo các vết nứt nhỏ trong nhựa hoặc sợi thủy tinh giữa các dây dẫn trong điều kiện điện áp và nhiệt độ cao, dẫn đến dòng điện rò rỉ.
- Điều này xảy ra khi PCB/PCBA hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao, dẫn đến cách điện kém giữa các dây dẫn và cuối cùng là xảy ra hiện tượng đoản mạch. CAF thường xảy ra giữa các via, hoặc giữa via và các đường dẫn, hoặc giữa các đường dẫn bên ngoài, làm giảm khả năng cách điện và dẫn đến hỏng hóc.
Kiểm tra khả năng sản xuất khoảng cách lỗ:
1. Hai lỗ xuyên mạch quá gần nhau : Nếu hai lỗ xuyên mạch quá gần nhau trong quá trình khoan, hiệu quả khoan của PCB có thể bị ảnh hưởng. Sau khi khoan lỗ đầu tiên, vật liệu giữa các lỗ có thể trở nên quá mỏng, dẫn đến lực tác động không đều lên mũi khoan, làm mát không ổn định và gãy mũi khoan. Điều này dẫn đến việc tạo lỗ kém hoặc các lỗ xuyên mạch không được kết nối.
2. Các lỗ xuyên mạng khác nhau : Mỗi lớp trong PCB đều cần một điểm tiếp xúc xuyên mạch (via pad) với các điều kiện môi trường xung quanh cụ thể, bao gồm cả việc các đường mạch có liền kề nhau hay không. Nếu khoảng cách không đủ, một số điểm tiếp xúc xuyên mạch có thể bị mất kết nối đồng, dẫn đến nguy cơ đoản mạch. Để tránh điều này, khoảng cách an toàn 3 mil giữa các lỗ xuyên mạng khác nhau là rất cần thiết.
3. Khoảng cách giữa các lỗ linh kiện mạng khác nhau : Sai lệch nhỏ trong quá trình sản xuất có thể ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các lỗ linh kiện từ các mạng khác nhau. Trong những trường hợp này, khoảng cách an toàn được đảm bảo bằng cách cắt bớt phần đệm. Việc cắt bớt này có thể dẫn đến hình dạng không đều hoặc, trong trường hợp xấu nhất, làm cho lỗ bị vỡ hoặc tạo ra đoản mạch trong quá trình hàn.
4. Các đường hầm ngầm và đường hầm khuất :
- Vias mù:Đây là các lỗ thông nối các lớp bên trong với các lớp bên ngoài nhưng không đi qua toàn bộ PCB.
- Vias chôn: Chúng chỉ kết nối các lớp bên trong và không nhìn thấy được từ bề mặt của PCB.
Khi khoảng cách giữa các lỗ xuyên mù và lỗ xuyên chôn quá nhỏ hoặc không tồn tại, nó sẽ tạo ra một “lỗ xếp chồng”. Thiết kế có thể gặp khó khăn trong sản xuất, đặc biệt là khi vị trí lỗ xuyên không cho phép kết nối đúng cách. Trong những trường hợp như vậy, cần có một quy trình đặc biệt để đảm bảo các lỗ xuyên được kết nối điện sau khi khoan. Điều này bao gồm việc hoàn thành việc khoan lỗ xuyên chôn trước khi mạ và sau đó khoan các lỗ xuyên mù.
