PCB线路板通孔焊盘尺寸定义及适用范围

焊盘是连接PCB板上所有元器件的桥梁，是电路板上不可或缺的一部分。在高速PCB多层板中，当信号从一层互连传输到另一层互连时，它们需要通过过孔连接。这时，便有了通孔焊盘的使用。而随着PCB行业的迅速发展，PCB板通孔焊盘在各个领域中都有着重大的作用，其中包括3C电子、汽车电子、智能家居、安防电子等等。为了迎合这样的市场需求，在焊接工艺技术当中，可以说是不断提升着技术，焊接方式也更多样化，其中PCB通孔元件的激光锡焊技术革新，给PCB生产厂家的高效生产带来了便利。

规范产品的PCB焊盘设计工艺，规定PCB焊盘设计工艺的相关参数，使得PCB的设计满足可生产性、可测试性、安规、EMC、EMI等的技术规范要求，在产品设计过程中构建产品的工艺、技术、质量、成本优势。PCB板通孔焊盘的外层形状通常为圆形、方形或椭圆形。

1.实物管脚为圆形：孔径尺寸（直径）=实际管脚直径+0.20∽0.30mm（8.0∽12.0MIL）左右。
2.实物管脚为方形或矩形:孔径尺寸（直径）=实际管脚对角线的尺寸+0.10∽0.20mm（4.0∽8.0MIL）左右。
3.常规焊盘尺寸=孔径尺寸（直径）+0.50mm(20.0 MIL)左右。

PCB线路板通孔元件激光锡焊的优点是其可以精确控制和优化焊接所需要的能量。通过点涂锡膏，然后再进行焊接。焊接过程则分为两步：首先锡膏需要被加热，且焊点也被预热。之后焊接所用的锡膏被完全熔融，焊锡完全润湿焊盘，而后形成圆润饱满、无拉尖不平的焊点。使用激光发生器和光学聚焦组件焊接，能量密度大，热传递效率高，非接触式焊接，焊料可为锡膏或锡线，特别适合焊接狭小空间内焊点或小焊点，功率小，节约能源，PCB板通孔元件的透锡率可达100%，这是传统焊锡工艺很难达到的优势。

连续自动激光焊锡机实现了精淮焊接，降低了对PCB电路板通孔电子元件的损伤，提高了焊接质量。激光光束可实现不同光斑形状，能进行光斑整形同时加工，满足通孔焊盘形状为圆形、方形或椭圆形焊接等多种高要求焊接效果，实现精密高效焊接。激光焊接通孔焊盘的技术优势：

1.激光焊锡设备采用多轴伺服马达板卡控制+CCD视觉，运动定位精度高。
2.激光光斑小，焊盘，间距小器件焊接有优势。
3.非接触式焊接，无机械应力、静电风险。
4.无锡渣、助焊剂浪费，焊接过程不会引起炸锡、连锡等不良现象，生产成本低。
5.可焊接产品类型丰富，通孔插针件焊接透锡率高。
6.激光焊锡工艺焊料选择多（锡膏，锡丝，锡球等）。

暴露在空气中的金属都会被氧化。为了防止PCB铜焊盘被氧化，焊盘表面都要进行涂（镀）保护层处理。PCB焊盘表面处理的材料、工艺、质量直接影响焊接工艺和焊接质量。另外，不同的电子产品、不同工艺、不同焊接材料，对PCB焊盘表面处理的选择也是有区别的。下面就让我们来认识一下PCB焊盘涂层的4种常见方式对激光焊锡的影响。

化学沉金
镀层特点镀镍金（化学沉镍、金）工艺是在PCB涂敷阻焊层（绿油）之后进行的。对镀镍金工艺的基本要求是可焊性和焊点的可靠性。化学镀镍层厚度为3～5μm，化学镀薄金层（又称浸金、置换金），厚度为0．025～0．1μm。化学镀厚金层（又称还原金），厚度为0．3～1μm，一般在0．5μm左右。化学镀镍的含P量，对镀层可焊性和耐腐蚀性是至关重要的。一般以含P 7％～9％为宜（中磷）。含P量太低，镀层耐腐蚀性差，易氧化。而且在腐蚀环境中由于Ni／Au的腐蚀原电池作用，会对Ni／Au的镍表面层产生腐蚀，生成镍的黑膜（NixOy），这对可焊性和焊点的可靠性都是极为不利的。P含量高，镀层抗腐蚀性提高，可焊性也可以改善。

1.成本相对比较高。
2.黑盘问题很难根除，虚焊缺陷率往往居高不下。
3.化学沉金表面的二级互连可靠性比OSP、沉银、沉锡及无铅喷锡等涂敷层的可靠性都要差。
4.由于化学沉金用的是Ni和5％～12％的P一起镀上去的，因此，当PCBA工作频率超过5GHz，趋肤效应很明显时，信号传输中由于Ni－P复合镀层的导电性比铜差，所以信号的传输速度变慢。
5.焊接中Au溶入钎料后与Sn形成的AuSn4金属间化合物碎片，导致高频阻抗不能“复零”。
6.存在“金脆”是降低焊点可靠性的隐患。一般情况下，焊接时间很短，只在几秒内完成，所以Au不能在焊料中均匀地扩散，这样就会在局部形成高浓度层，这层的强度最低。

沉银镀层
镀层特点银在常温下具有最好的导热性、导电性和焊接性，有极强的反光能力，高频损耗小，表面传导能力高。然而，银对S的亲和力极高，大气中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都会使其变色，生成Ag2S、Ag2O而丧失可焊性。Ag的另一个不足是Ag离子很容易在潮湿环境中沿着绝缘材料表面及体积方向迁移，使材料的绝缘性能劣化甚至短路。Ag沉积在基材铜上厚0．075～0．225μm，表面平滑，可引线键合。

1.与Au或Pd相比其成本相对便宜。
2.有良好的引线键合性，先天具有与Sn基钎料合金的优良可焊性。
3.在Ag和Sn之间形成的金属间化合物（Ag3Sn）并没有明显的易碎性。
4.在射频（RF）电路中由于趋肤效应，Ag的高电导率特性正好发挥出来。
5.与空气中的S、Cl、O接触时，在表面分别生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面会失去光泽而发暗，影响外观和可焊性。

沉锡镀层
镀层特点沉锡是近年来无铅化过程中受重视的可焊性镀层。浸Sn化学反应（用硫酸亚锡或氯化亚锡）所获得的Sn层厚度在0．1～1．5μm之间（经多次焊接至少浸Sn厚度应为1．5μm）。该厚度与镀液中的亚锡离子浓度、温度及镀层疏孔度等有关。由于Sn具有较高的接触电阻，在接触探测测试方面，不像浸银的那样好。常规沉锡工艺，镀层呈灰色，由于表面呈蜂窝状排列，以致疏孔较多，容易渗透导致老化程度加快。

1.成本比化学沉金及沉银、OSP低。
2.存在锡晶须问题，对精细间距与长使用寿命器件影响较大，但对PCB线路板的影响不大。
3.存在锡瘟现象，Sn相变点为13．2℃，低于这个温度时变成粉末状的灰色锡（α锡），使强度丧失。
4.Sn镀层在温度环境下会加速与铜层的扩散运动而导致SnCu金属间化合物（IMC）的生长。
5.新板的润湿性好，但存储一段时间后，或多次再流后润湿性下降快，因此后端应用工艺性较差。

OSP涂层
涂层特点OSP是20世纪90年代出现的Cu表面有机助焊保护膜（简称OSP）。某些环氮化合物，如含有苯骈三氮唑（BTA）、咪唑、烷基咪唑、苯骈咪唑等的水溶液很容易和清洁的铜表面起反应，这些化合物中的氮杂环与Cu表面形成络合物，这层保护膜防止了Cu表面被氧化。

1.成本较低，工艺较简单。
2.当焊接加热时，铜的络合物很快分解，只留下裸铜，因为OSP只是一个分子层，而且焊接时会被稀酸或助焊剂分解，所以不会有残留物污染问题。
3.对有铅焊接或无铅焊接均能较好地兼容。
4.OSP保护涂层与助焊剂RMA（中等活性）兼容，但与较低活性的松香基免清洗助焊剂不兼容。
5.OSP的厚度（目前较多采用0．2～0．4μm）对所选用的助焊剂的匹配性要求较高，不同的厚度对助焊剂的匹配性要求也不同。
6.储存环境条件要求高，车间寿命短，若生产管理不能配合，就不能选用。