PCB过孔的设计规范

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　　过孔(via)是多层PCB的重要组成部分之一，电路板上的孔，连接不同层之间的线路，把电路板从平面结构变成立体结构。单层线路想不交叉太难了，双层或更多层线路，必须通过过孔来连接。通过孔壁上的铜，联通上下层的电路铜线。单层 PCB，有些时候无法布线，必须通过过孔换层。从设计的角度来看，一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔(drill hole);二是钻孔周围的焊盘区，这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。过孔示意图如图1所示。

　　图1 过孔示意图

　　1.孔的分类

　　电路板上的孔通常可以分为盲孔、埋孔和通孔三类。如图2所示

　　通孔：贯穿整个PCB板，孔的两面都能看见。

　　盲孔：连接表层和内层，即孔的其中一面是连接底层或者顶层的，孔只能看到一面。

　　埋孔：连接内层的孔，四层板及以上才有，孔的两面都看不到。

　　图2 过孔分类

　　2.设计规则

　　(1)全通过孔内径原则上要求0.2mm(8mil)及以上，外径的是0.4mm(16mil)以上，有困难地方必须控制在外径为0.35mm(14mil);

　　注意：按照经验PCB常用过孔尺寸的内径和外径的大小一般遵循X*2±2mil(X表示内径大小)。比如8mil内径大小的过孔可以设计成8/14mil、8/16mil或者8/18mil;比如12mil的过孔可以设计为12/22mil、12/24mil、12/26mil;

　　(2)BGA在0.65mm及以上的设计建议不要用到埋盲孔，成本会大幅度增加。用到埋盲孔的时候一般采用一阶盲孔即可(TOP层-L2层或BOTTOM-负L2)，过孔内径一般为0.1mm(4mil)，外径为0.25mm(10mil)，如图3所示。

　　图3 阶盲孔示意

　　(3)过孔不能放置在小于0402电阻容焊盘大小的焊盘上;理论上放置在焊盘上引线电感小，但是生产的时候，锡膏容易进去过孔，造成锡膏不均匀造成器件立起来的现象(‘立碑’现象)。一般推荐间距为4-8mil，如图4。

　　图4 过孔到焊盘打孔示意

　　(4)过孔与过孔之间的间距不宜过近，钻孔容易引起破孔，一般要求孔间距0.5mm及以上，0.35mm-0.4mm极力避免，0.3mm及以下禁止，如图5所示。

　　图5 过孔与过孔之间的间距

　　(5)如图6，除散热过孔外，≤0.5mm的过孔，需塞孔盖油(内径是0.4mm内需堵孔)。

　　1)特别是有金属外壳的器件，本体下原则不打过孔，打了过孔的一定塞孔盖油，以免造成外壳与过孔短路。

　　2)根据生产商反馈，会经常提到BGA下过孔离焊盘太近，需要移动过孔。这种情况都是由于过孔不是距BGA焊盘等距造成的，由于目前BAG下过孔、测试孔的位置不与BGA各焊盘等距是一种常态，PCB设计人员对此也不重视，导致工程问题不断，对焊接质量也是一种隐患。因此，我们直接推荐打孔打到两焊盘的中心位置，特别是BGA里面由于Pitch间距较小，打孔之后也需要对BGA下的过孔塞孔盖油，以免容易造成BGA球连锡短路。

　　图6 过孔应用情景

　　(6)耳机端子、按键、FPC等固定焊盘为防焊盘铜皮掉落，在条件允许的情况下焊盘打1-2个过孔(过孔均匀放置)，可以有效提高“固定性”，如图7。

　　图7 固定焊盘过孔的放置

　　(7)扇孔

　　在PCB设计中过孔的扇出很重要，扇孔的方式会影响到信号完整性、平面完整性、布线的难度，以至于影响到生产的成本。

　　1)常规CHIP器件的扇孔推荐及缺陷做法，如图8所示，可以看出推荐做法可以在内层两孔之间过线，参考平面也不会被割裂，反之不推荐做法增加了走线难度，也把参考平面割裂，破坏平面完整性。

　　图8 常规CHIP器件扇出方式对比

　　同样，这个样的器件扇孔方式适用于打孔换层的情景，如图9所示。

　　图9 打孔换层应用情景

　　2)BGA扇孔方式

　　BGA扇孔同样过孔不宜打孔在焊盘上，推荐打孔在两个焊盘的中间位置。很多工程师为了出线方便随意挪动BGA里面过孔的位置甚至打在焊盘上面，如图10所示，造成BGA区域过孔不规则易造成后期焊接虚焊的问题，同时可能破坏平面完整性。

　　图10 BGA盘中孔示例

　　3.注意事项

　　孔径尽量大一些：小孔要用小钻头，小钻头价格高，对板厂要求也高。如果电路板面积较大，甚至可以用0.5mm内径的机械孔。

　　尽量不用激光孔：即尽量不使用激光孔。带有一层激光孔的电路板，比不带激光孔的贵30%(一阶板)。带有2层激光孔的，比1层激光孔的再贵30%(二阶板)。

　　其他更贵的设计：过孔工艺越复杂，电路板价格越高，最便宜的和最贵的相差几十倍以上。像0.2mm的机械孔比0.3mm的机械孔电路板贵20%左右;2层激光孔重叠的叠孔板，比2层激光孔交错的错孔板贵20%以上;苹果手机喜欢用的任意层互联板比普通只有机械孔的电路板贵10倍以上(全板都是重叠激光孔)。

　　以上就是PCB过孔的设计规范介绍了。当然，在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况，也有的时候，可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下，可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽，解决这样的问题除了移动过孔的位置，还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。