PCB的可靠性：通孔設(shè)計(jì)

考慮PCB的長期可靠性時(shí)，必須考慮板上的過孔。雖然過孔是電路板設(shè)計(jì)中不可或缺的重要部分，但過孔會引入弱點(diǎn)并影響可焊性。本文將討論通孔的PCB可靠性，在實(shí)施過程中引入到電路板上的潛在問題，以及如何將這些問題最小化到可接受的水平。

長寬比

通孔設(shè)計(jì)的第一條規(guī)則很簡單：越大越好。較大的通孔具有更高的機(jī)械強(qiáng)度以及更高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率。雖然在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)總是要考慮空間，但通孔應(yīng)具有較大的長徑比的鉆孔。盡管制造商可以獲得比這小得多的鉆孔，但如果空間允許，則應(yīng)使用20密耳的鉆頭寬度，7密耳的環(huán)形孔和6：1的長寬比。對于許多板來說，這可能是無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，要求在8到12密耳或更小的范圍內(nèi)鉆孔。請與您的制造商聯(lián)系，以確定他們的功能。但是，即使它們能夠提供較小的體積，較大的基本前提也更好。當(dāng)PCB在其處理過程或最終工作環(huán)境中暴露于熱變化時(shí)，層壓板和銅之間熱膨脹系數(shù)（CTE）的變化會引起問題。PCB受結(jié)構(gòu)網(wǎng)格限制，以限制水平擴(kuò)展，但可以在垂直方向上顯著擴(kuò)展和收縮。

由于銅的膨脹和收縮速度略低于FR-4層壓板的四分之一，因此每次加熱板時(shí)，實(shí)際上都會拉開通孔。如果電路板太厚而通孔中的銅太薄，則電路板將膨脹太多，銅會斷裂，從而將通孔撕開。在上面的示例中，要在20 mil的鉆頭寬度下獲得合適的長寬比，這將導(dǎo)致總的墊塊直徑為34 mil，并允許最大板厚為120 mil。層壓板和銅之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）變化會引起問題。PCB受結(jié)構(gòu)網(wǎng)格限制，以限制水平擴(kuò)展，但可以在垂直方向上顯著擴(kuò)展和收縮。由于銅的膨脹和收縮速度略低于FR-4層壓板的四分之一，因此每次加熱板時(shí)，實(shí)際上都會拉開通孔。如果電路板太厚而通孔中的銅太薄，則電路板將膨脹太多，銅會斷裂，從而將通孔撕開。在上面的示例中，要在20 mil的鉆頭寬度下獲得合適的長寬比，這將導(dǎo)致總的墊塊直徑為34 mil，并允許最大板厚為120 mil。層壓板和銅之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）變化會引起問題。PCB受結(jié)構(gòu)網(wǎng)格限制，以限制水平擴(kuò)展，但可以在垂直方向上顯著擴(kuò)展和收縮。由于銅的膨脹和收縮速度略低于FR-4層壓板的四分之一，因此每次加熱板時(shí)，實(shí)際上都會拉開通孔。如果電路板太厚而通孔中的銅太薄，則電路板將膨脹太多，銅會斷裂，從而將通孔撕開。在上面的示例中，要在20 mil的鉆頭寬度下獲得合適的長寬比，這將導(dǎo)致總的墊塊直徑為34 mil，并允許最大板厚為120 mil。

焊錫芯

尺寸對于通孔很重要，但位置無異。如果通孔靠近焊盤，則可能會出現(xiàn)許多問題。首先是焊錫芯吸的問題。當(dāng)通孔加熱時(shí)，它將焊料從焊墊中拉出，穿過通孔，到達(dá)板的另一側(cè)，從而使焊墊上的焊料不足或完全沒有焊料。通孔越大，越有可能吸收更多的焊料，從而減少了機(jī)械和電氣連接牢固的可能性。幸運(yùn)的是，可以通過三種免費(fèi)方法中的任何一種來解決此問題。在引線和通孔之間設(shè)置阻焊層會阻礙焊料的運(yùn)動。盡管確實(shí)有其缺點(diǎn)，但這是一種簡單而有效的方法。由于阻焊層需要的最小寬度，這可能需要將過孔移離引線更遠(yuǎn)。所需的距離似乎很小，在2到5 mil范圍內(nèi)，但是，當(dāng)空間有限或電路板正在傳送高頻信號時(shí)，這可能會對您的設(shè)計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但是，當(dāng)這些都不是問題時(shí)，這是避免擔(dān)心焊錫芯吸的好方法。如果沒有空間移動過孔，并且您需要最小化過孔的大小，則可以使用侵入式或拉開過孔的過孔。通過掩蓋過孔焊盤，可以節(jié)省空間，還可以在過孔上進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。但是，這將無法使用過孔作為測試點(diǎn)，因?yàn)殂~線將不再可以從傾斜的一側(cè)進(jìn)入。在這一點(diǎn)上，您需要決定是通過侵入還是通過帳篷是最好的。帳篷通孔是完全密封的，將為絲網(wǎng)印刷提供更好的表面以及更好的防污染屏障。但是，此障礙雙向起作用。如果在板的兩面都鋪有通孔，則在板的構(gòu)建過程中，污染物會填滿空隙。在高溫下，例如在對PCB進(jìn)行回流焊或波峰焊時(shí)，污染物可能會逸出并破壞過孔，進(jìn)而損壞電路板。帳篷過孔時(shí)，請確保僅在一側(cè)進(jìn)行。侵入式通孔通過保持孔本身敞開而消除了此問題，并且與通孔相比，無論通孔的大小如何，它都具有附加優(yōu)勢。帳篷通孔必須足夠小，以使阻焊膜能夠橋接鉆孔，而侵入的通孔僅覆蓋環(huán)形圈，并且可以根據(jù)需要而變大或變小。填充的通孔也是一種選擇，它可以提高強(qiáng)度，電導(dǎo)率/導(dǎo)熱率，并保護(hù)通孔免受焊錫芯吸和污染。填充過孔的主要缺點(diǎn)是它們會增加電路板的成本。其他方法都不會對成本造成任何影響。

每個(gè)設(shè)計(jì)都有不同的要求和約束。但是，在可能的情況下，請使用最大的通孔，合適的寬高比以及考慮周全地選擇適合您需要的阻焊層樣式，以利用這些技巧。通過提高產(chǎn)品的可靠性，這將有助于降低整個(gè)生命周期的成本。