1. PCB孔简介
印刷电路板（PCB）是电路构建中非常重要的组件或基本单元，各种电路元件都连接在其上。但对于PCB板的设计和元件安装而言，最重要的因素是各种孔的制造。这些孔的制造采用不同的技术和工艺。每种孔都有其独特的制造工艺和工作性能。孔的主要功能是方便元件安装在板上，提供牢固可靠的电气连接，并增强PCB板的结构强度。在本教程中，我们将介绍各种类型的PCB孔，这些孔对于根据项目需求进行精确的PCB设计和生产至关重要。那么，让我们开始吧！
2. PCB孔的类型
2.1 镀通孔 (PTH)
通孔镀层，也称为化学镀铜。这些孔是在电路板上钻出的，并用导电材料铜进行镀层。镀层通常使用锡或金，以帮助连接PCB板的各层。
这些孔的作用是在不同的PCB板层或连接到该板的元件之间建立电气连接。这些孔还有助于降低元件引脚和铜线的电阻，并提高PCB组装的机械稳定性。
镀通孔也有助于在双面板或多层板之间形成牢固的连接。
PTH 的主要用途是树脂镀铜、镀铜或金刚石镀铜。
2.2 非镀通孔 (NPTH)
这种类型的PCB孔没有在孔壁上镀铜；因此，孔体本身不导电，也不具备任何电气特性。它们最适合用于单面带有铜走线的电路板，但对于多层板来说并非理想选择，因为使用这种孔会减少电路板的层数。
然而，这些孔的制造过程简便快捷，用于在工作点处加工固定电路板的工装孔。它们也用于螺钉或螺栓等部件的固定，并可用作散热器进行散热。
2.3半孔
PCB板上的半孔，也称为板半孔或半孔，是指在板边缘钻出的半通孔，这些孔的深度约为板深的一半。这些孔用于将另一块PCB焊接在主板上。简单来说，它们用于连接两个独立的电路板，是高密度元件连接的主要组成部分。而对于连接另一块电路板上的蓝牙模块，则使用镀通孔。
2.3 过孔
过孔的主要目的是为PCB板的不同层提供牢固的电气连接，也可用于镀通孔元件的连接等。通过过孔连接多层板的不同层有助于简化层间和连接元件间的信号传输。
盲孔
电路板上的盲孔是从顶层或底层穿过内层形成的，不像镀通孔那样完全贯穿电路板。从这个角度看，我们无法看到电路板的另一面。
这些过孔是通过机械钻孔工艺制作的，有时也会使用激光来钻盲孔。钻这些类型的过孔时，务必确保尺寸精确。虽然这是一个难度较高的过程，但我们可以直接在电路板上钻盲孔。
盲孔的主要用途是将一层外部材料与至少一层内部材料连接起来。这些盲孔的纵横比为 1:1 或更大。
盲孔是 HDI PCB 制造的一部分，但请注意，带有盲孔的电路板并不总是 HDI PCB。
埋孔
埋孔位于PCB板的内部层之间，从板的外部看不到。这些过孔的主要目的是连接两个或多个内部层。对于每个连接层，定义孔为： 单独的钻头文件.
埋入式过孔的纵横比为 1:12 或更大。
根据 IPC 标准，盲孔和埋孔的推荐直径不大于 6 mil。
堆叠过孔
堆叠过孔是盲孔或埋孔，用于连接三层以上的电路层。堆叠过孔由两个或多个相互堆叠的过孔组成，可以跨越电路板的多层。
堆叠式过孔主要应用于多层板和HDI板。堆叠式过孔的设计特点是，堆叠中的每个过孔都与电路板的一层内部元件相连。
这些过孔的主要特点是在不同层之间提供连续的电气连接。在空间有限但设计复杂的项目中，会使用堆叠式过孔。
交错过孔
交错式过孔是指不同PCB板层上的过孔连接但不重叠。由于钻孔轴线不同，交错式过孔连接中存在许多没有直接连接的过孔。
从任何角度观察电路板，交错排列的过孔都会在电路板上形成锯齿状图案。交错排列的过孔主要用于高密度互连（HDI）板和多层印刷电路板（PCB）。
跳过过孔
这种过孔穿过电路板的多层，但与任何一层都没有电气连接。跳跃过孔可以是重叠过孔、盲孔或埋孔。这些过孔对于高密度互连（HDI）电路板至关重要，可用于构建紧凑而复杂的电路。跳跃过孔在电路板层之间建立垂直电气连接，从而实现高密度元件封装并缩短信号路径长度。
通孔垫
焊盘过孔是一种不太常见的PCB过孔类型，在这种设计中，过孔直接位于表面贴装元件焊盘下方，而不是绕过焊盘布线。过孔连接上层元件焊盘和电路板内层。
这些过孔的主要优点在于便于布线和控制寄生电感。其缺点是回流焊时，焊膏会通过过孔渗入PCB焊盘，影响焊点的焊接。
2.4 安装孔
PCB板上设有安装孔，用于将电路板安装到机箱上。这些孔的尺寸比其他类型的孔要大，通常位于电路板的边角处。为了确保电路板与安装元件之间牢固稳定的连接，安装孔周围会铺设铜焊盘。
2.5 沉头孔和倒角孔
沉头孔是为螺栓或螺钉设计的，其头部为平底，尺寸比螺钉本身要大。这些孔有两个直径，上部直径较大，用于容纳螺钉头部；下部直径较小，用于容纳螺钉或螺栓的本体。
沉头孔用于需要锥形头螺钉的场合。这些孔的锥角与螺钉头部上部的锥度相匹配，有助于螺钉与板材表面齐平。通常使用 82 度或 90 度的钻头来钻沉头孔。
图片：沉头孔和倒角孔
2.6 基准孔（对准孔）
基准孔，也称为对准孔，是电路板上钻出的小而明确的孔，用作自动化制造工具的参考点。它们的主要作用是在元件连接、钢网印刷和测试等不同阶段提供精确的对准，确保电路板上的所有元件都能准确连接，从而保证电路板组装的顺利进行。
图片：基准孔
2.7 特殊PCB孔型
- 邮票孔
冲压孔，也称分离孔，是指面板中每块电路板边缘沿线排列的小孔。这些孔形似邮票边缘，因此得名“冲压孔”。冲压孔的主要用途是PCB分板。在分板过程中，单个电路板从较大的面板上分离出来。该工艺用于提高生产效率并降低成本。
3. PCB孔设计注意事项
PCB孔设计需要考虑许多因素，这些因素列于此处。
孔径和纵横比
孔径的大小取决于钻孔技术和电路板的层数。孔深与孔径之比称为长宽比。
| 钻井技术 | 最小孔径 | 最大长宽比 |
| 机械钻孔 | 0.2 毫米 | 10:1 |
| 激光钻孔（微孔） | 0.075 毫米 | 1：1 1.5到：1 |
| 化学蚀刻 | ~50 微米 | 〜1：1 |
| EDM（电火花加工） | 0.1 毫米 | 5:1 |
| 超声波钻孔 | 0.2 毫米 | 5:1 |
钻孔公差和环形圈细节
环形铜圈是覆盖在镀层孔周围的铜层。如果环的宽度不合适，会影响电路板的可靠性。
| 孔径（毫米） | 钻孔公差（± 毫米） | 最小环状环（毫米） |
| ≤0.3 | ±0.025 | 0.1 |
| 0.3 - 0.6 | ±0.05 | 0.15 |
| > 0.6 | ±0.075 | 0.2 |
PTH和通孔的电镀厚度
根据设计要求，镀层厚度能够为电路板提供良好的机械强度和导电性。
| 穿孔 | 铜镀层厚度 | 标准版 |
| 镀通孔（PTH） | 25 – 50微米 | 工控机-6012 |
| 微孔（HDI） | 5 – 25微米 | 工控机-6016 |
| 盲孔/埋孔 | 15 – 30微米 | 工控机-6012 |
| 通孔垫 | 25 – 50 微米（填充，镀层） | 工控机-4761 |
材料
板材所用材料也会影响孔的精度。
| 材料 | 钻孔特征 |
| FR-4 | 它具有便捷的钻孔功能，可以轻松应对各种类型的孔。 |
| 高TG FR-4 | 为了在这种材料上钻孔，需要使用更坚固的钻头。 |
| 铝PCB | 在这块板上开孔需要使用数控铣床或专用钻头。 |
| 陶瓷PCB | 超声波或激光钻孔技术用于在陶瓷板上钻孔。 |
| 柔性印刷电路板 | 采用化学蚀刻或激光钻孔 |
4. PCB孔的功能
层间电连接
PCB板上孔的主要用途是实现PCB层之间的电气连接。例如，镀通孔有助于将信号和电力从电路板的一侧传输到另一侧。
盲孔、埋孔和通孔有助于实现 HDI PCB 板的多层连接。
为了在各种紧凑型设计中进行高速信号传输，采用了微孔。
组件安装
主要用于板上元件的连接，通孔安装技术（THT）使用通孔进行元件引脚的焊接和插入。
与SMT相比，PCB孔与电路板的连接更加牢固。孔尤其适合连接连接器和电容器等大功率元件。
散热
PCB板上的散热孔还能有效散发板上不同元件产生的热量，避免过热。导热过孔有助于将发热元件的热量传递到散热器。而焊盘上的过孔则通过控制热阻来增强散热效果。
5. PCB孔的常见问题及避免方法
孔不对中
- 该故障孔钻孔位置不符合要求，导致元件焊盘与内层连接错误。此错误是由于电气断开或焊接技术不当造成的。
- 这也是由于制造过程中板材膨胀造成的。
- 为避免此问题，请在指定点使用基准标记，并使用优质材料以避免膨胀/收缩。
- 如果您正在处理多层电路板，请使用 X 射线对准检查功能。
环状环不足
- 这种错误是由于孔周围的铜焊盘尺寸过小或不符合要求，影响了电路板的机械和电气性能。结果导致电路板上出现开路或焊点不牢固的情况。
- 为解决此问题，请设置环形细节。对于轻微的错位，请使用合适的焊盘尺寸。
重叠钻孔
- 这种错误导致许多钻孔相互重叠，造成电路板设计不良。结果，出现铜箔剥落和分层现象。
- 这是由于电路板设计中孔位配置不当造成的。
- 使用合适的孔间距和较大的钻头，避免重叠。
孔径错误
- 这种错误会导致孔径过大或过小，影响元件的精确插入。该缺陷会对焊接性能和电气连接造成影响。
- 此错误是由于 Gerber 文件中的钻孔尺寸错误和电镀厚度错误造成的。
- 为解决此问题，请按照规定值设置标准孔径，并设定电镀厚度。
结语
PCB孔是PCB设计和电子设备及项目中正常运行的关键组成部分。这些孔对于在不同电路板层之间建立电气连接以及提供机械强度至关重要。PCB孔的类型多种多样，例如非镀通孔、镀通孔以及各种过孔，包括通孔、盲孔、埋孔、微孔等等。每种孔都有其自身的特性和对PCB板设计和运行的重要性。每种类型的PCB孔都有其独特的设计和特性，但它们在电路板上的主要用途是实现PCB层之间的电气连接、安装元件以及与板载外部元件的连接。早期的PCB板大多采用镀通孔来安装通孔元件，而随着对高密度电路板需求的不断增长，制造商开始使用非镀通孔的表面贴装元件。对于高密度微型过孔，则通常采用激光钻孔的方式。
