PCB的可靠性：通孔设计

考虑PCB的长期可靠性时，必须考虑板上的过孔。虽然过孔是电路板设计中不可或缺的重要部分，但过孔会引入弱点并影响可焊性。本文将讨论通孔的PCB可靠性，在实施过程中引入到电路板上的潜在问题，以及如何将这些问题最小化到可接受的水平。

 

长宽比

通孔设计的第一条规则很简单：越大越好。较大的通孔具有更高的机械强度以及更高的电导率和导热率。虽然在进行PCB设计时总是要考虑空间，但通孔应具有较大的长径比的钻孔。尽管制造商可以获得比这小得多的钻孔，但如果空间允许，则应使用20密耳的钻头宽度，7密耳的环形孔和6：1的长宽比。对于许多板来说，这可能是无法实现的目标，要求在8到12密耳或更小的范围内钻孔。请与您的制造商联系，以确定他们的功能。但是，即使它们能够提供较小的体积，较大的基本前提也更好。当PCB在其处理过程或最终工作环境中暴露于热变化时，层压板和铜之间热膨胀系数（CTE）的变化会引起问题。PCB受结构网格限制，以限制水平扩展，但可以在垂直方向上显着扩展和收缩。

由于铜的膨胀和收缩速度略低于FR-4层压板的四分之一，因此每次加热板时，实际上都会拉开通孔。如果电路板太厚而通孔中的铜太薄，则电路板将膨胀太多，铜会断裂，从而将通孔撕开。在上面的示例中，要在20 mil的钻头宽度下获得合适的长宽比，这将导致总的垫块直径为34 mil，并允许最大板厚为120 mil。层压板和铜之间的热膨胀系数（CTE）变化会引起问题。PCB受结构网格限制，以限制水平扩展，但可以在垂直方向上显着扩展和收缩。由于铜的膨胀和收缩速度略低于FR-4层压板的四分之一，因此每次加热板时，实际上都会拉开通孔。如果电路板太厚而通孔中的铜太薄，则电路板将膨胀太多，铜会断裂，从而将通孔撕开。在上面的示例中，要在20 mil的钻头宽度下获得合适的长宽比，这将导致总的垫块直径为34 mil，并允许最大板厚为120 mil。层压板和铜之间的热膨胀系数（CTE）变化会引起问题。PCB受结构网格限制，以限制水平扩展，但可以在垂直方向上显着扩展和收缩。由于铜的膨胀和收缩速度略低于FR-4层压板的四分之一，因此每次加热板时，实际上都会拉开通孔。如果电路板太厚而通孔中的铜太薄，则电路板将膨胀太多，铜会断裂，从而将通孔撕开。在上面的示例中，要在20 mil的钻头宽度下获得合适的长宽比，这将导致总的垫块直径为34 mil，并允许最大板厚为120 mil。

 

焊锡芯

尺寸对于通孔很重要，但位置无异。如果通孔靠近焊盘，则可能会出现许多问题。首先是焊锡芯吸的问题。当通孔加热时，它将焊料从焊垫中拉出，穿过通孔，到达板的另一侧，从而使焊垫上的焊料不足或完全没有焊料。通孔越大，越有可能吸收更多的焊料，从而减少了机械和电气连接牢固的可能性。幸运的是，可以通过三种免费方法中的任何一种来解决此问题。在引线和通孔之间设置阻焊层会阻碍焊料的运动。尽管确实有其缺点，但这是一种简单而有效的方法。由于阻焊层需要的最小宽度，这可能需要将过孔移离引线更远。所需的距离似乎很小，在2到5 mil范围内，但是，当空间有限或电路板正在传送高频信号时，这可能会对您的设计产生深远的影响。但是，当这些都不是问题时，这是避免担心焊锡芯吸的好方法。如果没有空间移动过孔，并且您需要最小化过孔的大小，则可以使用侵入式或拉开过孔的过孔。通过掩盖过孔焊盘，可以节省空间，还可以在过孔上进行丝网印刷。但是，这将无法使用过孔作为测试点，因为铜线将不再可以从倾斜的一侧进入。在这一点上，您需要决定是通过侵入还是通过帐篷是最好的。帐篷通孔是完全密封的，将为丝网印刷提供更好的表面以及更好的防污染屏障。但是，此障碍双向起作用。如果在板的两面都铺有通孔，则在板的构建过程中，污染物会填满空隙。在高温下，例如在对PCB进行回流焊或波峰焊时，污染物可能会逸出并破坏过孔，进而损坏电路板。帐篷过孔时，请确保仅在一侧进行。侵入式通孔通过保持孔本身敞开而消除了此问题，并且与通孔相比，无论通孔的大小如何，它都具有附加优势。帐篷通孔必须足够小，以使阻焊膜能够桥接钻孔，而侵入的通孔仅覆盖环形圈，并且可以根据需要而变大或变小。填充的通孔也是一种选择，它可以提高强度，电导率/导热率，并保护通孔免受焊锡芯吸和污染。填充过孔的主要缺点是它们会增加电路板的成本。其他方法都不会对成本造成任何影响。

 

每个设计都有不同的要求和约束。但是，在可能的情况下，请使用最大的通孔，合适的宽高比以及考虑周全地选择适合您需要的阻焊层样式，以利用这些技巧。通过提高产品的可靠性，这将有助于降低整个生命周期的成本。