本文將探討孔環，因為更深入的了解孔環有助于確保成功地實現PCB設計。孔環是鉆孔與焊盤邊緣之間的空間，指定鉆孔周圍的最小間隙。不要以為孔環是獨立的部分，該術語用于描述在鉆取穿過焊盤的孔之后保留的銅焊盤部分。焊盤的孔環是從孔的邊緣測量到焊盤的邊緣。

孔環有多種用途，尺寸不合適的孔環可能會引起嚴重的PCB問題。除了可能造成短路外，小的或不存在的孔環還會造成嚴重的制造延遲及PCB可靠性問題。

孔環的用途

孔環最重要的用途之一是將貫穿孔保持在焊盤的邊界內。它對于引線、焊盤和走線之間的穩固結構和連接至關重要。孔環也可防止鍍覆孔與接地層短路。在PCB的外層，孔環有助于確保整個PCB的穩固結構。

圖1：典型的孔環放大圖 ?

規劃適當尺寸的孔環為PCB制造工藝提供了在公差范圍內偏移的空間。

為了規劃足夠尺寸的孔環，推薦焊盤尺寸如下：

內層和外層焊盤應該至少比成品孔尺寸大18 mil，盡管導通孔焊盤只需要大10 mil（通常非導通孔的鉆孔尺寸大于成品孔尺寸，對于導通孔的孔，則按照成品孔尺寸鉆取）。

如果設計包括任何焊盤與走線連接處的最低要求或更高的IPC檢測級別要求，則需要在焊盤設計中考慮這一因素。

例如，18 mil的焊盤和2 mil的連接處實際上應該有20 mil的焊盤。這些尺寸最終應為引線創建9mil的孔環，為導通孔創建5mil的孔環，以允許工藝變化且仍能滿足要求。

如果有PCB制造商提供的所有所需數據，則可以使用以下公式計算最小焊盤尺寸。

L = a + 2b + c

其中：

L為所需的孔焊盤尺寸

a為鉆孔的內徑

b為最小孔環尺寸

c為鉆孔設備的制造余量或允許偏差

孔環太小時會發生的狀況

很容易理解為什么孔環尺寸會成為問題。很多時候，設計師想要使用最大的貫穿孔鉆頭來節省成本。同時，他們希望將自己的設計緊密地填滿PCB，這樣所需的PCB尺寸就可以更小。然而，更大的鉆孔意味著更多的孔環要求。優良的設計師需要有效權衡。

孔環太小會導致制造和質量問題。最常見的問題之一是孔破出，即鉆孔越出焊盤邊緣。孔破出是嚴重的問題，因為它可能導致引線和焊盤之間的短路及連接不良。

孔環太小也會導致PCB的壽命問題。雖然PCB開始時可能運行得很好，但在后續的某個環節，小的孔環可能會造成故障。

然而，通常情況下，當孔環尺寸太小時，PCB會發生短路或根本無法正常工作。曾經有過小孔環導致“意外的熱熔斷情況”的案例，沒錯，PCB起火了。

PCB制造中尺寸過小孔環的發生頻率

理想情況下，在PCB設計進入制造之前，需要審查尺寸過小孔環等問題。此審查有助于確保可以在IPC規范范圍內構建PCB。IPC-A-600涵蓋印制板的可接受性要求，而IPC-6012E則規定了“剛性印制板”的要求。兩份標準都規定了不同級別產品的最低孔環要求。

例如，在IPC-A-600中，對于不同級別產品，其要求如下：

3級：盡管孔未居中于焊盤中心，但無孔破出；孔環尺寸測量值為2 mil或以上。

2級：孔破出為90°或更小，導體連接處測量值為2 mil或以上。

1級：孔破出為180°或更小，只要導體連接處減少不超過30%。

注意，只有3級產品需要一些孔環余量。以質量為中心的制造商將盡其所能滿足這一要求。

圖2：孔環大小示例

不幸的是，尺寸過小或缺少孔環在PCB設計中非常常見。有時我們會看到多達30%的作業因孔環問題而被擱置。設計師和制造商需要努力解決這類問題，因此可能會使生產延遲數小時。

仔細考慮想要使用的鉆頭尺寸和焊盤尺寸，可以避免PCB設計中的孔環問題。這當然會影響成本，但可能是值得的。注意，PCB設計軟件可能具有最小孔環寬度的配置設置。確保這些設置與IPC-A-600標準 3級要求相匹配，就可以開始生產了。

另一個可以避免孔環問題和減少孔破出機會的選項是在焊盤和走線上添加淚滴。這可能是有效減少孔環問題的方法。

重要的是切記，孔環在PCB功能和可靠性方面發揮著至關重要的作用。計劃不周和孔環尺寸不足是PCB制造延遲的主要原因。通過了解這些重要事實并提前計劃，可以防止孔環破壞PCB制造計劃、預算和時間進度。

審核編輯：劉清