PCB 導孔設計重點筆記
1 分鐘
- 導孔可以設計成任意尺寸嗎？
- 小孔設計的關鍵考量
- 槽孔設計注意事項
- 導孔與元件孔的差異
- 總結
高品質的 PCB 設計不僅需要創新的概念，還依賴於對 PCB 製造流程的深入理解。導孔設計作為 PCB 設計中的關鍵步驟之一，對 PCB 的性能與製造效率都至關重要。
導孔可以設計成任意尺寸嗎？
要回答這個問題，我們先來了解 PCB 上的孔是如何製作的。
1. 裁板：PCB 製造商使用自動裁板機將大張覆銅板裁切成生產所需的特定尺寸基材。裁切前的覆銅板如下圖所示：
2. 鑽孔：CNC 鑽孔機在覆銅板的指定位置精準鑽孔。由於鑽頭是圓形的，只能鑽出圓孔，無法加工方孔。
舉例來說，若將一顆圓形乒乓球放在直角角落，球體與角落之間會出現間隙，這就是所謂的「R 角」。同理，因鑽頭為圓形，無法鑽出方孔。
在 JLCPCB，採用機械鑽孔進行 PCB 加工。鑽頭規格以 0.05 mm 為最小遞增單位，圓形鑽頭直徑範圍為 0.15 mm 至 6.30 mm。最小槽孔鑽頭尺寸為 0.65 mm（金屬化槽孔），非金屬化銑槽鑽頭最小為 1.0 mm。
因此，設計 PCB 時，導孔無法設計成任意尺寸。
小孔設計的關鍵考量
多小的孔算小孔？一般來說，小於 0.3 mm 的孔被視為小孔。導孔越小，加工難度越高，尤其當接近製程極限時，這涉及一個業界術語「縱橫比」。
- 縱橫比：板厚與孔徑的比值。縱橫比越大，加工難度越高。換句話說，越小的導孔越難製作。
1. 電鍍困難：隨著導孔尺寸縮小，孔徑越小，電鍍時銅越難均勻沉積，容易出現導通不良或孔內缺陷。簡言之，小孔銅沉積成功率較低。
為確保 PCB 品質，JLCPCB 採用四線低阻測試檢測孔壁銅鍍層狀況。相較於傳統方法，四線低阻測試精度更高，更易識別缺陷孔，確保產品可靠性與品質。
2. 加工效率低：小鑽頭有效長度較短，導致一次可鑽板材數量減少，直接影響生產效率。為防止斷針，鑽小孔時需降低進給速度並提高轉速，此舉不僅增加加工時間，也加速鑽頭磨損。
因此，PCB 設計中建議將導孔尺寸設計為大於 0.3 mm，以確保加工效率並降低成本。僅在空間受限時才考慮使用小孔。
3. 外徑問題：設計貫穿孔或焊接孔時，需同時考慮內徑與外徑需求，這些參數直接影響 PCB 製造流程。
在 JLCPCB，雙面板與多層板的最小內徑為 0.15 mm，最小外徑為 0.25 mm。JLC 現可生產最多 32 層的高層數 PCB，憑藉專有的超高層數技術與樹脂塞孔技術，可實現最小孔徑 0.15 mm、最小線寬/間距 0.0762 mm，並支援數百種疊構。對於六層以上板，採用樹脂塞孔加電鍍蓋帽技術，使導孔可直接置於焊盤上，焊盤表面更平整，佈線空間更大。
此外，若環寬過小，加工時設備偏差導致鑽孔與底片對位偏移，可能出現孔位偏移。
此類偏移會降低焊盤有效面積，增加製造缺陷，甚至可能導致電氣連接失效。因此，設計合理的環寬並考量製造公差，對確保 PCB 品質與可靠性至關重要。
槽孔設計注意事項
除了小孔，槽孔設計也不容忽視。槽孔是某些特殊封裝不可或缺的設計元素。設計槽孔時，請注意以下兩個要點：
1. 短槽孔：短槽孔是 PCB 鑽孔中最難加工的部分。短槽孔定義為槽長小於兩倍槽寬。由於槽長小於兩倍槽寬，鑽起始與結束孔時，鑽頭會部分在基材上、部分懸空，導致受力不均，出現槽孔偏移或長度不足。因此，槽孔設計建議最佳長寬比為 長度/寬度 ≧ 2.5。
2. 長槽孔：設計長槽孔時，建議選用噴錫（HASL）製程，尤其當槽長超過 5 mm 時。槽孔環寬最好大於 0.3 mm（極限值 0.2 mm），或改用沉金製程。若環寬小於 0.3 mm，噴錫時可能因附著力不足，導致熱應力引發爆裂。單面銅環的槽孔亦容易爆裂。
當槽孔密集排列時，鑽孔過程可能破壞基材經緯線，導致噴錫時爆裂。此類特殊設計建議採用沉金製程。
導孔與元件孔的差異
在 PCB 中，孔徑分為導孔（Via）與元件孔（Pad）。兩者功能與加工要求不同，不可混淆。
- 導孔（Via）：主要用於層間訊號連接，通常會做防焊覆蓋。
- 元件孔（Pad）：通常設計為通孔，用於安裝與焊接元件。
以下兩種情況可能導致導孔與元件孔混淆：
1. 誤將導孔屬性用於電鍍通孔：若誤將導孔當作電鍍通孔，防焊覆蓋可能堵塞孔洞，導致無法正常安裝元件。
2. 誤將元件孔設為導孔：若元件孔被錯設為導孔，且訂單指定覆蓋防焊，元件孔裸露的銅面將被防焊覆蓋，影響焊接品質。
總結
1. PCB 設計中導孔不可任意設定尺寸。
2. 小於 0.3 mm 的孔屬於小孔，越小越難電鍍，降低加工效率，並可能導致對位問題。
3. 短槽孔加工困難，建議長寬比 ≥ 2.5。
4. 槽孔設計應確保環寬大於 0.3 mm（極限 0.2 mm），若空間不足則改用沉金製程。
5. 避免混淆導孔（Via）與元件孔（Pad）。
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