印刷電路板上墊盤通孔技術的重要性與標準

為何印刷電路板需要採用盤上過孔設計

在印刷電路板設計中，盤上過孔設計是一種特殊的設計方法，主要具有以下作用：

1、滿足高密度佈線需求

增加佈線空間

隨著電子產品小型化與多功能化的發展，印刷電路板上電子元件的密度越來越高，佈線空間變得極其有限。

盤上過孔設計可在有限的平面空間內，透過在焊盤上設置過孔實現不同層間的電氣連接，從而為佈線提供更多路徑選擇，有效增加佈線空間。

例如在某些高端智能手機的主板設計中，由於集成眾多功能模組，元件密度極高，採用盤上過孔設計可在不增加印刷電路板尺寸的前提下滿足複雜的佈線需求。

實現複雜電路連接

在某些複雜電路設計中，可能需要實現多個不同網絡間的連接，而傳統佈線方式可能無法滿足要求。

盤上過孔設計可透過在關鍵節點設置過孔來連接不同網絡，實現複雜的電路功能。

例如在高速數位電路中，為保證信號完整性，需要嚴格控制信號阻抗。透過盤上過孔設計，可在特定位置引入接地過孔，實現信號參考平面切換，從而調整信號阻抗，滿足高速信號傳輸要求。

2、提升電氣性能

降低信號傳輸阻抗

信號在印刷電路板上傳輸時，阻抗不連續會導致信號反射、衰減等問題，影響信號品質。

盤上過孔設計可透過優化過孔位置、尺寸和形狀，減少信號傳輸路徑上的阻抗不連續點，從而降低信號傳輸阻抗，提升信號完整性。

例如在高速差分信號傳輸中，通過合理設計盤孔的間距與位置，可使差分對的阻抗更匹配，降低差分信號間的串擾，提升信號傳輸品質。

減少電磁干擾

在電子產品中，電磁干擾是常見問題，會影響電路的正常工作。

盤上過孔設計可透過隔離敏感信號與干擾源，降低電磁干擾的影響。

例如在模擬電路與數位電路共存的印刷電路板中，可在模擬地與數位地之間設置盤上過孔，實現地平面分割，降低數位電路對模擬電路的干擾。

3、改善散熱性能

提供散熱通道

隨著電子元件功率密度不斷提高，散熱已成為影響電子產品可靠性的關鍵因素之一。

盤上過孔設計可在印刷電路板上形成散熱通道，將發熱元件的熱量傳導至散熱層或外部散熱器，提高散熱效率。

例如，在大功率LED照明燈具的印刷電路板設計中，通過在LED焊盤上設置Via on PAD，可以將LED產生的熱量快速傳導至印刷電路板的散熱層，降低LED的工作溫度，提升其可靠性和壽命。

均勻散熱分佈

在一些大面積的印刷電路板上，如果散熱不均勻，可能導致局部溫度過高，影響電子元件的性能和壽命。

Via on PAD設計可以通過合理分佈通孔，使熱量更均勻地分佈在印刷電路板上，避免局部過熱的問題。

例如，在服務器主機板等大型印刷電路板的設計中，通常會使用大量的Via on PAD來優化散熱性能，確保整個主機板的溫度處於安全範圍內。

4、 適應特殊封裝要求

滿足BGA等封裝形式

球柵陣列（BGA）封裝是一種常見的積體電路封裝形式，其引腳數量多、間距小，對印刷電路板設計要求較高。

Via on PAD設計可以為BGA封裝的晶片提供良好的電氣連接和散熱通道，滿足高密度、高性能的要求。

例如，在一些高效能電腦主機板和顯示卡的設計中，廣泛採用BGA封裝的晶片，Via on PAD的設計就成為不可或缺的部分。

支援特殊元件安裝

在一些特殊的應用場景中，可能需要安裝一些形狀特殊或尺寸較大的電子元件，而傳統的印刷電路板設計可能無法滿足要求。

Via on PAD設計可以根據特殊元件的安裝需求進行定制，為特殊元件提供可靠的連接和固定。

例如，在一些工業控制設備中，可能需要安裝一些大型散熱器或電感元件，通過在印刷電路板上設置Via on PAD，可以使這些元件牢固安裝並保持良好的連接。

什麼是Via on PAD標準？

Via on PAD設計的可接受標準主要包括以下幾個方面：

1、 電氣性能

導通性

Via on PAD必須保證良好的電氣導通性。我們可以通過萬用表或專用的導通性測試儀來測試其電阻值，該電阻值必須符合我們的設計要求。

例如，對於普通的數位電路，Via on PAD的導通電阻應小於50毫歐姆；對於高精度類比電路或高速信號傳輸線，則要求導通電阻更低，可能需要小於10毫歐姆。

阻抗控制

對於高速數位電路和射頻電路，Via on PAD的阻抗應符合設計要求。我們通常使用阻抗測試設備來測試其阻抗值，以確保Via on PAD的品質在我們的掌控之中，阻抗值必須在規定的公差範圍內。

例如，對於一條50歐姆的傳輸線，Via on PAD的阻抗應控制在45至55歐姆之間。

信號完整性

通過信號完整性測試，評估Via on PAD對信號傳輸的影響。

我們可以通過示波器、網路分析儀等設備，檢查信號的波形、幅度、上升時間、下降時間等參數，從而確保信號通過Via on PAD時沒有明顯的失真、衰減或反射。

例如，對於高速數位信號，要求信號通過盤孔後的上升時間和下降時間變化不超過10%；對於射頻信號，則要求反射係數小於-15分貝。

2. 機械性能

孔壁質量

PAD上的導通孔孔壁應光滑，無裂紋與毛刺。可透過顯微鏡或電子顯微鏡觀察孔壁，檢查是否存在缺陷。

孔壁粗糙度應符合要求。通常要求粗糙度小於5 μm。粗糙的孔壁會影響電氣連接的可靠性，並可能導致信號傳輸問題。

孔徑精度

PAD上導通孔的直徑應符合設計要求，公差通常在±0.05mm以內。我們需要使用X射線或微切面設備測量導通孔直徑，以確保其處於規定範圍內。

PAD上導通孔的位置應準確，與設計圖紙的偏差應在規定的公差範圍內。可使用座標測量儀或光學檢測設備測量PAD上導通孔的位置，以確保其位置精度符合要求。

例如，對於高精度印刷電路板設計，PAD上導通孔的位置偏差應小於±0.05mm。過大的位置偏差可能會影響電路佈局和電氣連接的可靠性。

3. 可靠性

熱衝擊測試

對印刷電路板進行熱衝擊測試，以模擬電子產品在實際使用過程中的溫度變化。透過反覆的高溫與低溫衝擊，檢查PAD上的導通孔是否出現裂紋、分層、脫落等現象。

例如，將印刷電路板置於-55℃至125℃的溫度範圍內進行1000次循環的熱衝擊測試，盤上的孔應無任何損傷。

振動測試

對印刷電路板進行振動測試，以模擬電子產品在運輸和使用過程中的振動環境。我們需要檢查在施加一定頻率和振幅的振動後，PAD上的導通孔是否鬆動或斷裂。

例如，我們進行頻率為5-500Hz、加速度為5g的隨機振動測試，持續時間為2小時，PAD上的導通孔應無任何損傷。

可焊性測試

對PAD上的導通孔進行可焊性測試，檢查其在焊接過程中的表現。將印刷電路板浸入錫爐，使PAD上的導通孔與焊料接觸，觀察焊料是否能良好地潤濕孔壁，形成均勻的焊料層。

例如，要求PAD上導通孔內的焊料爬升高度至少應達到孔深的75%，且焊料表面應光滑，無氣孔、針孔等缺陷。

4. 外觀檢查

平整度

印刷電路板表面應平整，PAD上的導通孔周圍不得有明顯的凸起或凹陷。可使用平整度測量儀測量印刷電路板表面，以確保其平整度符合要求。

例如，對於普通印刷電路板，表面平整度應小於±0.1毫米。對於高精度印刷電路板，平整度要求更高，可能需在±0.05毫米以內。

清潔度

印刷電路板應保持清潔，PAD上的導通孔內不得有殘留的油污、灰塵、焊渣等雜質。可透過目視檢查或顯微鏡觀察來檢查PAD上導通孔的清潔度。

若PAD上的導通孔內存在雜質，可能會影響電氣連接的可靠性，甚至導致短路等故障。

印刷電路板上PAD的導通孔應有清晰的標識，以便生產與維護。標識應包含孔編號、網絡名稱、孔徑尺寸等信息。

標識可透過絲網印刷、激光打標等方式進行，並應確保標識清晰、牢固，不易磨損或脫落。

5. 適用於墊上導孔的 IPC-6012D 或 IPC 4671 VII 標準，

金屬化塗層與導孔填充物及銅墊的附著力。銅厚度。填充材料與銅表面之間的平整度。填充材料與金屬化層之間的熱膨脹係數不匹配導致氣隙（填充材料收縮）。導孔填充不足100%可能導致金屬化覆蓋層過薄或產生凹陷，這也可能使空氣殘留，進而在BGA焊點中形成空洞。金屬化塗層中的針孔會導致焊盤出現不可焊接的區域，而該覆蓋導孔本應用於BGA焊點。凹陷導致的焊料體積減少也是一個值得關注的問題。

A: 理想情況：無凹陷或凸起。

B: 存在凹陷或凸起。