PCB 設計與開發中的焊墊是什麼
1 分鐘
焊墊是電子元件引腳或接腳的落腳點，可將這些元件牢固地焊接在 PCB 上。它們是小型、裸露的銅質導電區域，可在元件與電路板之間建立電氣與機械連接。走線可從焊墊延伸到 PCB 各處，同時也能透過焊接固定元件接腳。焊墊至關重要，因為它們：
- 確保元件與 PCB 走線之間的電氣連接牢固。
- 提供機械支撐，將元件固定到位。
- 在製造過程中使組裝與焊接更容易。
在本文中，我們將探討 PCB 設計中使用的不同類型焊墊、它們對電路板整體功能的重要性，以及在 PCB 中設計與放置焊墊的最佳實踐。
PCB 設計中的焊墊類型
PCB 焊墊是銅質區域，形狀有矩形、圓形、方形等。PCB 設計中常用的焊墊主要有兩大類：
通孔焊墊（THT）：
用於傳統通孔技術，元件引腳穿過 PCB 上鑽出的孔，並在另一側焊接。這類焊墊在板的兩側孔周圍都有銅。通孔焊墊分兩種，如下：
電鍍通孔焊墊：PTH 焊墊的孔壁在 PCB 製造過程中會被導電材料（通常是銅）覆蓋。孔內的銅鍍層形成貫穿板子的導電路徑，可連接頂層、底層或內層。這些焊墊可用於安裝帶引腳元件，也可作為連接不同層的導通孔。檢視孔洞時，通常能看到孔壁的銅層。
非電鍍通孔：NPTH 焊墊的孔內沒有任何導電鍍層，僅在板子上鑽出孔洞，孔壁無導電材料。它們用於螺絲、固定件或定位銷，不具導電功能。
表面貼裝焊墊（SMD）：
表面貼裝技術（SMT）焊墊用於直接貼裝在 PCB 表面的元件，無需鑽孔。SMT 焊墊通常更小，可實現更緊湊的設計，對現代電子產品至關重要。SMD 焊墊主要有兩種：
SMD BGA 焊墊：BGA 焊墊上的防焊開口定義了 SMD 焊墊。這些 BGA 焊墊的防焊開口小於所覆蓋的焊墊直徑，目的是縮小銅質 PCB 焊墊尺寸。
NSMD 焊墊：防焊層設計使防焊與焊墊邊緣之間留有間隙。
手動與自動 PCB 焊墊設計：
手動 PCB 焊墊設計是借助 PCB 設計軟體工具，根據通用焊墊尺寸與形狀的公式與資料表，繪製所需焊墊形狀。
手動流程容易出錯，因為設計師需依照製造商規格與公式，不像自動系統那樣精確，導致焊墊尺寸與形狀不理想，可能出現：
- 通孔斷裂
- 焊點不足
- 元件浮起
- 立碑效應
因此，大多數設計軟體使用自動設計精靈來建立焊墊與元件封裝。
PCB 焊墊設計與開發方法？
PCB 設計與開發包括建立板面佈局、選擇合適元件並設計其互連。不同元件具有不同接腳配置、數量與封裝類型。電路板上裸露的金屬區域，用於焊接元件引腳，即為 PCB 焊墊。將這些焊墊對齊排列，即形成元件的封裝模型。焊墊設計包含兩大要素：
- 符號設計
- 封裝設計
我們使用 EasyEDA 進行設計，因其具備開源資料庫與線上環境。
符號設計：
啟動 EasyEDA 並進入原理圖編輯器。在頂部選單開啟符號編輯器，點擊 Libraries > Create Symbol。
- 使用左側工具列的矩形、線條與接腳工具繪製元件外觀。
- 選擇「接腳」工具放置接腳，並依元件資料表編號。
- 為接腳加上編號與名稱，符合元件規格。
- 右鍵點擊符號選擇 Properties，輸入名稱、描述及參考代號（如 R 表示電阻、C 表示電容）。
- 完成後點擊 Save 並命名，符號將存入個人資料庫。
封裝設計：
點擊 Libraries > Create Footprint 開啟封裝編輯器。
- 依元件設定合適格點。SMD 元件在頂層繪製，THT 元件可在頂層或底層。
- 使用 Pad Tool 繪製通孔焊墊，或使用 Surface Mount Pad Tool 繪製 SMD 焊墊，此精靈可自動產生焊墊。
- 依資料表接腳排列放置焊墊，確保尺寸、形狀與孔徑（THT）符合製造商規格。
- 使用 Line Tool 與 Text Tool 加入絲印外框與參考代號。
- 確認外框與實際元件尺寸一致，完成後點擊 Save 存入個人資料庫。
建立符號與封裝後，可開啟符號並在 Properties 中選擇對應封裝進行連結。想了解更多封裝資訊，請參閱詳細文章。
焊墊內導通孔設計？
在 HDI 設計中空間有限時，需將導通孔直接放在焊墊上。傳統導通孔會將訊號與走線從焊墊拉遠，而焊墊內導通孔可減少走線空間，縮小 PCB 焊墊尺寸。這類焊墊用於間距小於 0.5 mm 的 BGA 元件。JLCPCB 近期推出此新設計方法，可直接下單試產。
什麼是導通孔塞孔？
導通孔塞孔是以樹脂填充導通孔或以防焊層覆蓋的方法。與導通孔遮蓋不同，樹脂或防焊層會完全填滿孔洞，而非僅覆蓋表面。此技術可防止焊接過程中焊料流入導通孔，避免形成不必要的焊點。
哪些因素決定焊墊尺寸？
焊墊尺寸由元件形狀與尺寸、板材類型與品質、組裝設備能力、製程類型與能力，以及所需品質水準與標準共同決定。元件資料表末尾通常會提供間距與公差資訊。
設計焊墊尺寸時，需考慮元件間距與公差、焊點尺寸需求、板子精度、穩定性與可製程性（如貼片與定位精度），以及基材尺寸。
PCB 焊墊設計要點：
設計焊墊時需考慮以下因素：
- 尺寸與形狀：焊墊需足夠大以支撐元件引腳並確保焊接效果，但不宜過大以免浪費板面空間。
- 間距：適當的焊墊間距可避免焊橋短路。
- 材料：焊墊通常為銅質，並鍍金或鍍銀以提高可焊性與耐腐蝕性。
結語：
焊墊是 PCB 設計與開發過程中不可或缺的一環。這些小型導電區域負責將元件連接至電路其餘部分，並在它們之間傳輸訊號與電源。焊墊對電路板的功能與可靠性至關重要。無論使用通孔元件或表面貼裝元件，精心設計焊墊都是成功 PCB 佈局的關鍵。焊墊設計不當可能導致焊接問題與連接失效，進而造成電子產品故障。因此，掌握焊墊設計是打造高效且耐用印刷電路板的重要一步。
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