PCB 过孔尺寸和焊盘尺寸指南
虽然 PCB 设计与布局看似简单, 但这其中的问题本身却非常复杂, 它与制造过程中的诸多关键环节息息相关. 其中一项关键的设计要点就是 PCB 过孔直径与导 Trace 宽度之间的精确配合. 显而易见的是这两者之间存在密切的关系. 每个 PCB 的钻孔都应配备至少一个连接端子, 以便确保走线能够稳定可靠地连接到过孔位置. 这种尺寸匹配通常是DFM（设计-for-manufacture）的关键内容之一, 并对设备可靠性具有重要意义.
您在设计过程中考虑的因素之一是所选焊盘尺寸与其制造过程中的一个相关的设计要素——环形环。依据IPC标准, PCB 通孔中的焊盘大小与其层数、通孔尺寸以及镀层厚度密切相关, 为了确保生产过程中产生的环形环足够大, 焊盘尺寸必须经过精心计算。这一领域的问题远非仅仅回答‘什么是环形环’那么简单, 而是一个难以得出确切答案的问题。在本文中, 我们将深入探讨这一答案及其与两个关键IPC标准之间的联系
PCB 标准过孔尺寸和焊盘尺寸基础知识
每个**R_i**上的表面层都需要安装一个接地焊接点以确保信号完整性；问题是确定该焊接点的最佳大小是多少。当评估适合所有情况的最佳焊接点大小时，请考虑以下几个关键因素：
- 制造成本： 选择更大的通孔将降低制造成本，正如我在一篇关于成本估算的旧文章中所讨论的那样。更大的 PCB 通孔将需要更大的焊盘尺寸。
- 走线宽度： 一般认为焊盘尺寸应略大于过孔尺寸。因此，如果您使用较大的走线宽度（例如较大的受控阻抗走线），则需要较大的焊盘尺寸。请注意，这并不需要较大的过孔。
- 可靠性： 更大的焊盘将更加可靠，正如我们将看到的，这就是本文的重点……IPC 标准对此有很多说明，并将确定给定的钻孔是否会在通孔焊盘中产生缺陷。
- 过孔类型和层数： 正如我们将在下面看到的，一旦层数超过 IPC-2221 下的 8 层，层数也会影响焊盘尺寸。
基于此考虑，在设计电路板布局时，我会首先决定采用哪种通孔尺寸方案，并广泛应用于大多数电路板类型。随后，在确定着陆垫的尺寸时，我会参考IPC 等级要求的标准来制定具体参数。在此过程中，则需要特别关注制造工艺中残留的环形环形区域尺寸设置。
根据环形圈确定垫片尺寸
随后我们将深入探讨刚性PCB上的镀层钻孔工艺。针对不同类型的PCB设计, 比如柔性电路板或是HDI设计, 我们会分别制定适用于计算钻孔尺寸的指导原则。建议您参考文章末尾的部分, 以获取更多关于优化PCB布局及性能认证的关键指南。
查看IPC-221标准时会发现, 环形连接器具有一个相对简单的定义, 这一定义不仅适用于外部连接器而且也适用于内部连接器. 不少设计师会交替使用"环形连接器" "外部连接器" "内部连接器"以及其他相关术语. 这些具体定义如图所示 或者您也可以在IPC-221A第9.1.3节中找到这些详细说明
IPC-2221标准和IPC-6012标准下的环形定义。
您可通过此链接获取IPC-2221标准文档的副本。
在本段中，我们具体说明了环形环的两个定义：一是从完成的孔壁到焊盘边缘的距离（外层），二是从钻孔壁到焊盘边缘的距离（内层）。在PCB制造完成后，在蚀刻过程之后将依次进行钻孔操作。然而，在实际操作中因 CNC 钻头可能出现偏移现象而导致无法精准击中通孔焊盘中心位置的情况较为常见。因此，在这种情况下将会产生如上所述的一些剩余环形环现象。为了确保 PCB 通孔上的焊盘能够满足设计需求并在最终产品中达到预期性能标准，在设计阶段就需要充分考虑 CNC 钻头偏移所带来的影响，并预留足够的空间来容纳可能出现的各种情况下的最小环形环尺寸以及必要的铜层厚度。如果所设计的 PCB 未能满足上述技术规范中的相关限制条件，则该特定通孔可能被判定为不合格品，并导致整个电路板报废处理。
此尺寸涉及 IPC-2221 和 IPC-6012 标准中的一个公式。最小通孔焊盘直径为：
L = a + 2b + c
在哪里：
- a即加工后的成品孔外径或锪孔内径。
- b代表最低环形圈尺寸值，并参见上文详细说明。
- c为互联焊盘结构所规定的最低标准制造余量空间，并参考下表数据。
IPC-2221 和 IPC-6012 标准中定义的最小环形圈尺寸如下表所示。
| 产品类别 | 2221，外部 | 2221，内部 | 6012，外部 | 6012，内部 |
|---|---|---|---|---|
| 1 类 | 2 密耳 | 1 密耳 | 小于 180° 突破 | 焊盘线宽减少量不小于 20% |
| 2 级 | 2 密耳 | 1 密耳 | 小于 90° 突破 | 允许 90° 突破 |
| 第 3 类 | 2 密耳 | 1 密耳 | 2 密耳 | 1 密耳 |
最后，我们得到上述公式中使用的制造余量：
| A 类 | B 类 | C 类 |
|---|---|---|
| 1600 万 | 10 密耳 | 8 百万 |
对于IPC-2221标准而言，在层数达到或超过8层时，则建议提升至至少每层20mil；当铜箔重量超出每平方英尺1盎司时，则应相应地将厚度提升至每盎司增加40mil的标准（即额外增厚）。值得注意的是，在更为现代的IPC-6012标准中，默认情况下这些额外要求已被取消.
IPC-A-605 和 IPC-B775 常常被用作 PCB 制造过程的标准,但它们并不适用于所有场景.相比之下,采用更为现代的IPC 4899标准更加合适.该标准整合了来自IPC-B775和其他关键规范的数据,以确保更高的可靠性.为了防止电路性能突破,我们需要准确计算关键参数并设定适当的制造界限.如图所示,在焊接布局中将钻孔设置在外延区域有助于减少潜在的接触问题.
为了避免 2级产品的突破（如上图所示），我们将相切作为目标，并在上述环形圈尺寸公式中设定参数b为零
这一切都导致了一个有用的指导方针：
为了避免走线与焊盘分离,可以选择使用超大尺寸的焊盘,其钻孔直径必须小于所述走线宽度.如果不选择合适的超大焊盘,可以在接合处涂布防脱剂以避免断裂.
制造商一般以C级精度作为目标，在PCB生产中C级被视为最精密的制造公差等级。因此，在实际生产中很少采用A级和B级的标准参数。相反地，这些标准应有助于提升IPC体系的有效性；它们并不涉及如何设计PCB或选择特定类型的焊盘尺寸。相反地，这些指南明确了什么样的制造结果被视为理想状态，并要求设计与制造团队需要全力以赴地达成这些标准。
那么说来的话呢？关于如何实现最佳制造性和可靠性的问题呢？我的看法是说呢：如果您无需顾虑环形环尺寸的话呢，请按照二级标准执行哦！也就是说呢：您只需要把b值设定为设计工具上所输入的直径值加上加工余量即可啦！换句话说呢：对于外部层来说就取其电镀厚度作为b值而对于内部层则取b=0就行了哦！而在三级情况下呢：焊盘尺寸必须稍微大一点哦！因为必须满足成品电镀直径与之相差不超过两毫米的要求呢！
例如：10 mil 钻孔，C 级加工余量
该钻孔具有10mil的深度，并且目标是确保该通孔符合IPC 3级要求。当电镀层满足等于或超过孔壁最小底厚（1mil）的要求时，则可以通过应用C级制造余量原则来确定所需的焊盘尺寸。
针对直径为10mil的钻孔, 可以获得8mil的成品孔尺寸, 各层中的最小焊盘直径为20mil. 该计算所依据:
- a = 外层 8 mil，内层 10 mil
- b = 外部 2 mil，内部 1 mil
- 所有层上的 c = 8 mil
若要实现对...
超越通孔和 IPC-2221/IPC-6012
该列表仅限于刚性通 孔型 PCB，在大多数 设计中这是主流 的通 孔类型。
若采用盲洞或埋设式 钻 孔，则对圆角区域 的需求会产生差异，并且其设计取决于所采用 的加工方法（如激光 钻 孔与机械 钻 holes）。
当 PCB 的 通 孔尺寸降至可被视为微 孔并采用 [HDI] 工艺时，则会产生一组新的 要求来控制圆角区域限制以及焊盘 尺寸。
IPC- 和IPC- 标准是用于刚性PCB的主要参考规范，在此基础上又发展出了多种专门针对不同应用场景的技术规范。这些规范不仅涵盖了IPC- / 中提到的一般性设计准则与技术要求，而且还扩展至高频PCB、HDI设计以及支持柔性和刚挠结合的PCB等多种应用领域。其中一项重要的补充规范是专门针对 Flex/Rigid PCB 的设计要求。