PCB 过孔铜厚的深入指南

news2025/4/25 9:48:56

***前言:在上一期的文章中介绍了PCB制造的工艺流程,但仍然想在过孔的铜厚和PCB的过孔厚径比两个方面再深入介绍。
PCB铜厚的定义
电路中铜的厚度以
盎司(oz)**表示。那么,为什么用重量单位来表示厚度呢?
盎司(oz)的定义
将1盎司(28.35 克)的铜压平,覆盖1平方英尺(0.093 平方米)的表面积,其厚度为1.4 mil。
铜的重量以盎司/平方英尺(oz/ft^2)为单位。

下表显示了铜的重量与铜厚度(以mil和um为单位)的关系。
在这里插入图片描述
在这里先讲一下PCB的过孔如何电镀,在这里需要书接前文;
参考上一篇文章:PCB 制造流程分步指南
https://blog.csdn.net/weixin_44294230/article/details/147470264?spm=1011.2415.3001.5331

钻孔阶段结束后,PCB 通常会经过电镀工艺,在孔内涂覆一层导电材料,例如铜。这是为了在 PCB 的不同层之间提供电气连接。这种电镀方法可以是基于化学沉积的,也可以是基于电镀的,使用电镀的方式使铜加厚。
这个过程俗称一铜(这个电镀不仅仅针对过孔,而是面向全板,所以有成为板电

外层蚀刻的过程中会采用电镀法给保留的线路镀一层铜,在此过程中,外层多余的铜会被去除。这个过程俗称二铜(因其针对表层图像进行电镀,所以顾名思义又称为图电

在这里插入图片描述
从上两个图中我们可以清楚看到,我们的PCB完成铜厚是由PCB的基铜厚度加上板电和图电最终厚度,也就是说完成铜厚大于PCB的基铜,而我们的PCB全部孔铜厚度,是在两流程中电镀完成,即全板电镀孔铜的厚度和图形电镀的铜厚度。

我们常规成品1OZ成品铜厚,孔铜按IPC二级标准,我们通常一铜(全板电镀)的厚度为5-7um,二铜(图形电镀)厚度为13-15um,所以我们的孔铜厚度在18-22um之间,加上蚀刻和其它原因导致的损耗, 我们的最终孔铜就在20UM左右。
根据 IPC-6012 标准,
1 级和 2 级要求平均镀铜厚度至少为 20 微米,薄区域不小于 18 微米;
3 级要求平均镀铜厚度至少为 25 微米,薄区域不小于 20 微米。
同样的要求也适用于埋孔,但不适用于没有孔筒且对镀层要求较低的微孔。

内层的铜厚只有在原有覆铜板的基础上进行蚀刻,所有其厚度近似等于基铜厚度
PCB表层厚度近似等于PCB完成铜厚是由PCB的基铜厚度加上板电和图电减去蚀刻和其它原因导致的损耗。

PCB的过孔厚径比
在这里插入图片描述
如上图所示, 纵横比(厚径比,在这里外网翻译成纵横比)是指孔的直径 D 除以 PCB 的厚度 H (等于筒的长度)。

纵横比对于电路板的设计者和制造商来说都是一个重要的指标,因为它能够反映电路板的可靠性、成本和可制造性。首先,纵横比可以告诉我们过孔(以及电路板上任何镀通孔)的可制造性,并揭示出孔身电镀强度的潜在问题。
为了解释这一点,我们需要简要再一次介绍一下过孔的电解电镀工艺。
PCB过孔电镀过程在 PCB 经过热压压合后开始。
PCB 的内部层已被蚀刻,但顶层和底层的铜尚未被蚀刻。
然后在此阶段钻出通孔,该通孔不镀层并且不导电。
所有孔都经过多重清洁过程,以清除钻孔阶段产生的碎屑。
将少量导电碳放置在待镀孔的内部,碳充当金属种子层以允许后续铜在其上生长。
顶部和底部的铜层连接到电压源,整个面板进入含有铜离子的电解液槽中。
整个面板充当导体,允许电流从镀液流到面板。任何裸露金属的区域(包括通孔)都会通过从镀液中吸收铜离子进行电镀。
通孔现已镀好,下一步是蚀刻顶层和底层的铜。在通孔的顶部和底部焊盘(包括孔壁)上覆盖一层保护性锡涂层,以保护它们免受下一蚀刻步骤的影响。

现在我们可以理解为什么深宽比较大的孔更容易电镀了。孔径越大,含有铜离子的化学溶液就越容易流入孔内。同样,孔身越长(即 PCB 越厚),孔身内部的电镀就越困难。无论深宽比如何,孔身中心(大约位于顶部和底部的中间位置)始终是最难电镀的区域,因为到达该处的铜离子较少——因此,该区域更容易发生故障
厚径比比较高时,孔壁会表现为“狗骨”现象。
在这里插入图片描述

根据经验,孔直径大于 10mil 时,纵横比可以设为 1:10;但 8mil 或更小的孔径则需要更小的纵横比,这意味着 PCB 厚度也更薄。以下总结了允许的纵横比:

  1. 12mil(300um)成品孔 - 纵横比 1:10 - 板厚最大 3mm
  2. 10mil(250um)成品孔 - 纵横比 1:10 - 板厚最大 2.5mm
  3. 8mil(200um)成品孔 - 纵横比 1:8 - 板厚最大 1.6mm
  4. 6mil(150um)成品孔 - 纵横比 1:6.6 - 板厚最大 1mm(仅限先进工艺)

Reference list:
1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/26553259
2.https://www.elepcb.com/blog/pcb-copper-thickness/
3.https://www.protoexpress.com/kb/copper-for-pcbs/
4.https://www.epiccolo.com/articles/pcb-vias-guide

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