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[摘 要]导通孔（Via）是印制电路板（PCB）的重要组成部分，导通孔的设计已经成为PCB设计的重要部分之一，导通孔虽然看似简单，但一旦设计不佳，会严重影响最终影响电子产品的可靠性。本文详细介绍了一般导通孔及BGA导通孔的设计原则和方法。
[关键词]印制电路板；导通孔；厚径比；阻焊
中图分类号：TN928 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0356-01
印制电路板（Printed Circuit Board，以下简称为PCB）是电子产品的关键电子互连件，是组装电子元器件用的基板。在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依托电线直接完成。而如今，PCB板在电子工业中占据了绝对控制的地位，PCB也从简单的单面板发展到现在的多层板、高密度互联板（High density board，简称HDI）、软板等，技术水平不断进度，制板手段也是层出不穷。导通孔（Via）是PCB的重要组成部分，导通孔的设计已经成为PCB设计的重要部分之一，通常钻孔的费用占PCB制作费用的30%-40%，另导通孔设计不合理也会影响焊接质量。
1 孔的分类
PCB板上的孔根据孔壁是否镀覆有金属，分为镀覆孔（Plated-Through Hole）和非镀覆孔（Non Plated-Through Hole），一般定位孔、螺丝孔是非镀覆孔。镀覆孔从作用上可以分成两大类：一类是用做插装元器件引线的固定或定位，俗称为通孔焊盘或焊盘（Pad）；另一类是只用做各层间的电气连接，俗称为导通孔或过孔（Via，以下统称为导通孔）。从工艺制作上来说，导通孔一般又分成三类，即盲孔（Blind Via）、埋孔（Buried Via）和通孔（Through Via）。盲孔是指只延伸至印制板一个表面的导通孔，位于PCB的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过整个PCB板的厚度；埋孔是指未延伸至PCB表面的导通孔，位于线路板的内层；通孔是指贯穿整个PCB板。
2 导通孔的设计
2.1 导通孔孔径和焊盘
从设计的角度来看，一个导通孔主要由两部分组成，一是中间的钻孔（Drill Hole）即孔径，二是钻孔周围的孔环（也称环宽），这两部分的尺寸大小决定了导通孔的大小。孔环是指孔边缘与外接连接盘外缘之间的金属宽度（多层板内层从钻孔孔壁起，多层板外层和双面板从镀层边沿起度量。），导通孔焊盘是指孔径加上两边环宽。
导通孔主要用作多层板层间电路的连接，在PCB工艺可行条件下孔径和焊盘越小布线密度越高。对导通孔来讲，一般外层焊盘最小环宽不应小于0.127mm（5mil），一般内层焊盘最小环宽不应小于0.2mm（8mil）。显然，在设计高速高密度的PCB时，电路板设计者总是希望孔越小越好，这样PCB上可以留出更多的布线空间；另外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔（Drill）和电镀（Plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；就目前的PCB制作技术水平，当PCB基板厚度与孔径之比（即厚径比）极限是12，但一般超过10时，就无法保证孔壁的均匀镀铜，而镀层厚度的不均匀，特别是镀层中间位置的镀层疏松、过薄会严重影响孔的疲劳寿命，推荐值是6。
2.2 导通孔的阻焊设计
为长期保护PCB上的线路图形，通常会在特定区域涂覆一层保护层，即阻焊膜（Solder Mask），俗称绿油，以使该区域在制造或测试过程中不受蚀刻剂、电镀和焊接等影响。
导通孔阻焊的方式主要有4种：覆盖（单面绿油入孔）、开小窗、开满窗、塞孔，如图2-1～2-4所示。
3 BGA导通孔设计
BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）是一种端子凸缘以栅格形式排列于封装底部的表面贴装封装。？BGA封装技术是采用将圆型或者柱状焊点隐藏在封装体下面，其特点是引线间距大、引线长度短。在组装过程中，它的优点是消除了精细间距器件（如0.5mm间距以下QFP）由于引线而引起的共平面度差和翘曲度的问题。缺点是由于BGA的焊端位于封装体的下面，其焊接质量的好坏不能依靠可见焊点的形状等进行判断，运用市面上昂贵的专用检测设备，也不能对BGA的焊接质量进行定量判定。因此，在设计阶段充分考虑其可制造性，能有效提高BGA芯片的焊接质量，确保通信产品的可靠性和稳定性。
3.1 BGA焊盘及导通孔
BGA焊盘与导通孔采用印制导线连接，杜绝导通孔直接与焊盘连接或直接打在焊盘上，且导通孔必须位于4个BGA焊盘的中心，其尺寸如表3-1所示。
3.2 BGA焊盘和导通孔阻焊设计
由于BGA的焊点在底部，不易观察，且导通孔距离焊盘较近，为防止短路及藏锡珠，无特殊情况其导通孔需要塞孔处理，即使导通孔作为测试点，也需在顶层需绿油覆盖、底层开窗。BGA的焊盘阻焊一般有2种方式，一种是阻焊层围绕铜箔焊盘并留有间隙，即焊盘阻焊开满窗；另一种是阻焊层在焊盘上，焊盘铜箔直径比阻焊开孔尺寸大即焊盘阻焊开小窗。这两种阻焊方式设计中，一般优选设计形式一，其优点是铜箔直径比阻焊尺寸容易控制，且BGA焊点应力集中较小，焊点有充分的空间沉降，增加了焊点的可靠。
4 结束语
导通孔由于看似简单，往往得不到应有的重视，设计者总是希望孔越小越好，与焊盘越近越好，而孔的尺寸和位置受PCB制作工艺和SMT生产工艺的限制不可能随便设计，一旦突破目前的PCB制作和SMT生产技术水平，势必会影响孔的可靠性，最终影响电子产品的可靠性。
参考文献
[1] IPC-T-50 电子电路互连与封装的定义和术语.
[2] IPC-7095 BGAs球栅阵列的设计与组装过程的实施.
[关键词]印制电路板；导通孔；厚径比；阻焊
中图分类号：TN928 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0356-01
印制电路板（Printed Circuit Board，以下简称为PCB）是电子产品的关键电子互连件，是组装电子元器件用的基板。在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依托电线直接完成。而如今，PCB板在电子工业中占据了绝对控制的地位，PCB也从简单的单面板发展到现在的多层板、高密度互联板（High density board，简称HDI）、软板等，技术水平不断进度，制板手段也是层出不穷。导通孔（Via）是PCB的重要组成部分，导通孔的设计已经成为PCB设计的重要部分之一，通常钻孔的费用占PCB制作费用的30%-40%，另导通孔设计不合理也会影响焊接质量。
1 孔的分类
PCB板上的孔根据孔壁是否镀覆有金属，分为镀覆孔（Plated-Through Hole）和非镀覆孔（Non Plated-Through Hole），一般定位孔、螺丝孔是非镀覆孔。镀覆孔从作用上可以分成两大类：一类是用做插装元器件引线的固定或定位，俗称为通孔焊盘或焊盘（Pad）；另一类是只用做各层间的电气连接，俗称为导通孔或过孔（Via，以下统称为导通孔）。从工艺制作上来说，导通孔一般又分成三类，即盲孔（Blind Via）、埋孔（Buried Via）和通孔（Through Via）。盲孔是指只延伸至印制板一个表面的导通孔，位于PCB的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过整个PCB板的厚度；埋孔是指未延伸至PCB表面的导通孔，位于线路板的内层；通孔是指贯穿整个PCB板。
2 导通孔的设计
2.1 导通孔孔径和焊盘
从设计的角度来看，一个导通孔主要由两部分组成，一是中间的钻孔（Drill Hole）即孔径，二是钻孔周围的孔环（也称环宽），这两部分的尺寸大小决定了导通孔的大小。孔环是指孔边缘与外接连接盘外缘之间的金属宽度（多层板内层从钻孔孔壁起，多层板外层和双面板从镀层边沿起度量。），导通孔焊盘是指孔径加上两边环宽。
导通孔主要用作多层板层间电路的连接，在PCB工艺可行条件下孔径和焊盘越小布线密度越高。对导通孔来讲，一般外层焊盘最小环宽不应小于0.127mm（5mil），一般内层焊盘最小环宽不应小于0.2mm（8mil）。显然，在设计高速高密度的PCB时，电路板设计者总是希望孔越小越好，这样PCB上可以留出更多的布线空间；另外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔（Drill）和电镀（Plating）等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；就目前的PCB制作技术水平，当PCB基板厚度与孔径之比（即厚径比）极限是12，但一般超过10时，就无法保证孔壁的均匀镀铜，而镀层厚度的不均匀，特别是镀层中间位置的镀层疏松、过薄会严重影响孔的疲劳寿命，推荐值是6。
2.2 导通孔的阻焊设计
为长期保护PCB上的线路图形，通常会在特定区域涂覆一层保护层，即阻焊膜（Solder Mask），俗称绿油，以使该区域在制造或测试过程中不受蚀刻剂、电镀和焊接等影响。
导通孔阻焊的方式主要有4种：覆盖（单面绿油入孔）、开小窗、开满窗、塞孔，如图2-1～2-4所示。
3 BGA导通孔设计
BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）是一种端子凸缘以栅格形式排列于封装底部的表面贴装封装。？BGA封装技术是采用将圆型或者柱状焊点隐藏在封装体下面，其特点是引线间距大、引线长度短。在组装过程中，它的优点是消除了精细间距器件（如0.5mm间距以下QFP）由于引线而引起的共平面度差和翘曲度的问题。缺点是由于BGA的焊端位于封装体的下面，其焊接质量的好坏不能依靠可见焊点的形状等进行判断，运用市面上昂贵的专用检测设备，也不能对BGA的焊接质量进行定量判定。因此，在设计阶段充分考虑其可制造性，能有效提高BGA芯片的焊接质量，确保通信产品的可靠性和稳定性。
3.1 BGA焊盘及导通孔
BGA焊盘与导通孔采用印制导线连接，杜绝导通孔直接与焊盘连接或直接打在焊盘上，且导通孔必须位于4个BGA焊盘的中心，其尺寸如表3-1所示。
3.2 BGA焊盘和导通孔阻焊设计
由于BGA的焊点在底部，不易观察，且导通孔距离焊盘较近，为防止短路及藏锡珠，无特殊情况其导通孔需要塞孔处理，即使导通孔作为测试点，也需在顶层需绿油覆盖、底层开窗。BGA的焊盘阻焊一般有2种方式，一种是阻焊层围绕铜箔焊盘并留有间隙，即焊盘阻焊开满窗；另一种是阻焊层在焊盘上，焊盘铜箔直径比阻焊开孔尺寸大即焊盘阻焊开小窗。这两种阻焊方式设计中，一般优选设计形式一，其优点是铜箔直径比阻焊尺寸容易控制，且BGA焊点应力集中较小，焊点有充分的空间沉降，增加了焊点的可靠。
4 结束语
导通孔由于看似简单，往往得不到应有的重视，设计者总是希望孔越小越好，与焊盘越近越好，而孔的尺寸和位置受PCB制作工艺和SMT生产工艺的限制不可能随便设计，一旦突破目前的PCB制作和SMT生产技术水平，势必会影响孔的可靠性，最终影响电子产品的可靠性。
参考文献
[1] IPC-T-50 电子电路互连与封装的定义和术语.
[2] IPC-7095 BGAs球栅阵列的设计与组装过程的实施.