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PCB
PCB叠层图如下1):
过孔(VIA)
分类
如上图所示,过孔分为如下三种:
- 通孔(through via): 连接PCB Top和Bottom层,按照是否覆铜分为电镀孔(Plated)和非电镀孔(Unplated)。
- 盲孔(Blind via): 连通PCB 表层和内层。
- 埋孔(Buried via):连通PCB内层。
寄生参数
过孔寄生电容、电感、电阻、电流均可通过免费的工具saturn_pcb_toolkit计算。
过孔寄生电容公式:2)
由公式可知,电容和相对介电常数、厚度、过孔焊盘直径成正比,和反焊盘直径成反比。
$$ C_{\text{via}} \, [\mathrm{pF}] = \frac{1.41 \cdot \varepsilon_r \cdot T \cdot D_{\text{pad}}}{D_{\text{antipad}} - D_{\text{pad}}} $$
$$ \begin{array}{|c|c|c|} \hline \textbf{符号} & \textbf{物理意义} & \textbf{单位} \\ \hline C_{\text{via}} & \text{过孔寄生电容} & \mathrm{pF} \, (\text{皮法}) \\ \hline \varepsilon_r & \text{介质相对介电常数} & \text{无量纲} \\ \hline T & \text{介质层厚度(过孔长度)} & \mathrm{in} \, (\text{英寸}) \\ \hline D_{\text{pad}} & \text{过孔焊盘直径} & \mathrm{in} \\ \hline D_{\text{antipad}} & \text{反焊盘直径(隔离环内径)} & \mathrm{in} \\ \hline \end{array} $$
备注:此公式对应的过孔模型3)如下,注意此电容是对应于参考平面Ref Plane(一般为地或电源)的电容。
过孔寄生电感公式:4)
严格公式(国际单位制)如下,由公式可知,过孔的长度越长,电感越大。 $$ L_{\text{via}} = \frac{\mu_0 \mu_r h}{2\pi} \left( \ln\left(\frac{4h}{d}\right) + \frac{d}{4h} - 1 \right) $$
$$ \begin{array}{|c|c|c|} \hline \textbf{符号} & \textbf{描述} & \textbf{单位} \\ \hline \mu_0 & \text{真空磁导率 } (4\pi \times 10^{-7}) & \mathrm{H/m} \\ \hline \mu_r & \text{介质相对磁导率(FR4通常为1.0)} & \text{无量纲} \\ \hline h & \text{过孔长度(介质层厚度)} & \mathrm{m} \\ \hline d & \text{过孔直径} & \mathrm{m} \\ \hline \end{array} $$
工艺
塞孔
塞孔的作用5):
- 防止PCB过波峰焊时锡从导通孔贯穿元件面造成短路;
- 避免助焊剂残留在导通孔内;
- 电子厂表面贴装以及元件装配完成后PCB在测试机上要吸真空形成负压才完成;
- 防止表面锡膏流入孔内造成虚焊,影响贴装;
- 防止过波峰焊时锡珠弹出,造成短路;
塞孔工艺如下表,引用自嘉立创:技术指导:过孔开窗、过孔盖油、过孔塞油/树脂/铜浆的五种加工方式,常用的为过孔塞油,成本低能满足大部分要求。
对于半塞孔、全塞孔的区别,各种工艺塞孔完成之后的效果可参考PCB塞孔和不塞孔到底有什么区别,设计时如何选择塞孔还是不塞孔?
表面处理
定义
表面处理是指对PCB上为电子元件安装或为PCB的电路之间提供电气连接的连接点铜面进行处理,比如说贴片用的焊盘。
目的
铜爆露在自然空气中倾向于以氧化物的形式存在,不大可能长期保持为新鲜铜,因此需要对铜进行其他处理,以保证良好的可焊性或电性能;
分类
常见PCB表面处理工艺如下表6),
常用的为喷锡、OSP和沉金。从PCB厂家的报价看,喷锡最便宜,OSP其次,沉金最贵(随金价浮动)。
表面处理类型 | 主要应用领域 | 优点 | 缺点 | 成本 |
沉金 | 主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上; | 1、金厚均匀,平整性、接触性及润湿性很好; | 1、易出现黑PAD、金脆焊接风险; | 高 |
2、电性能良好; | 2、生产成本较高; | |||
3、可长时间保存(一般1年); | ||||
沉银 | 主要应用在有高频信号要求的板子上; | ex | 1、对储存环境有较高的要求,易变黄变色,影响可焊性; | 中 |
2、镀层均一,表面平坦。可焊性好,可耐多次组装作业; | 2、对前制程阻焊要求较高,否则易出现贾凡尼效应,造成线路开路致命性缺陷; | |||
3、生产成本较低; | ||||
OSP | 主要应用在低技术含量的PCB,高密度芯片封装基板和软板上; | 1、膜厚均匀,平整性、润湿性很好; | 1、外观检查困难,不适合多次回流焊; | 最低 |
2、生产成本很低; | 2、OSP膜面易刮伤; | |||
3、环保,低能耗; | 3、存储环境要求较高; | |||
4、存储时间较短(小于半年); | ||||
镀金 | 主要用于芯片封装时打金线和有耐磨性要求的板上; | 1、无镍腐蚀的焊接风险; | 1、镍金厚度均匀性比化金差; | 很高 |
2、可长时间保存(一般1年); | 2、金生产成本高; | |||
3、接触性,耐磨性很好; | 3、因在防焊前完成镀镍金处理,金面污染易影响焊锡性; | |||
4、电镀镍金在防焊前完成,金面上印阻焊附着力难保证; | ||||
喷锡 | 主要适用于宽线,大焊盘板子 | 1、焊接性好; | 1、镀层平整度差; | 中高 |
2、可长时间保存(一般1年); | 2、喷锡制程比较脏,有异味,高温下操作危险; | |||
沉锡 | 主要适用于通信用背板 | 1、镀层均一,表面平坦; | 1、锡须难管控,耐热性差; | 低 |
2、可焊性良好; | 2、易老化,变色,影响可焊性; | |||
3、该工艺生产对环境影响较大; |
各工艺的具体介绍见PCB板常见的表面工艺介绍
镀金和沉金的详细区别见如何选择镀金或沉金表面处理?
镀层和SMT焊接不良的分析见PCB镀层与SMT焊接
OSP导致SMT焊接不良的分析见OSP表面处理PCB 焊接不良原因分析和改善对策
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