電路板上為何要有孔洞?何謂PTH/NPTH/vias(導通孔)

電路板上為何要有孔洞?何謂PTH/NPTH/vias(導通孔)

如果你有機會拿起一片印刷電路板(PCB),稍微觀察一下會發現這電路板上有著許多大大小小的孔洞,把它拿起來對著天花板上的電燈看,還會發現許多密密麻麻的小孔透著光,這些孔洞可不是放在哪裡擺好看的,每個孔洞渴都是有其目的而被設計出來的,而且孔洞越多,基本上PCB的費用就越貴

PCB上的這些孔洞大體上可以被區分成PTH(Plating Through Hole,電鍍通孔)及NPTH(Non Plating Through Hole,非電鍍通孔)兩大類,這裡說「通孔」是因為這種孔還真的就是從電路板的一面貫穿到另外一面,其實電路板內除了通孔外,還有其他不是貫穿電路板的孔,有興趣的朋友可以參考這篇文章:PCB名詞解釋:通孔、盲孔、埋孔

那要如何區分PTH與NPTH這兩種通孔呢?

其實很簡單,參考文章最前面的圖片,只要看看垂直的孔壁上有沒有亮亮的電鍍痕跡就可以判斷了,有電鍍痕跡的孔就是PTH,沒有電鍍痕跡的孔就是NPTH。

那NPTH(電鍍通孔)有何用途?

如果你稍微留點心,會發現NPTH的孔徑通常都比PTH來得大,因為NPTH絕大部分是用來作為鎖螺絲用的,有的則是用於安裝一些連結外面的連接器固定用,有的則是卡機構用的。

另外,有些PCB也會在板邊(break-away,coupon,折斷邊)設計NPTH來作為測試治具的定位之用,早期的時候也會拿來當作SMT打件/貼件時固定電路板之用,現在SMT的貼片打件機器大多使用夾持的方式而不用頂針來固定電路板了。不過厚度太薄的板子可能還是需要用NPTH來固定,免得夾持變形。

那PTH(電鍍通孔)有何用途?Via(導通孔)又是什麼?

一般在電路板的PTH孔會有兩種用途,一種是用來焊接傳統DIP零件腳用的,這些孔的孔徑必須比零件的焊接腳直徑來得大一些,這樣才能把零件插進到孔中做焊接。

傳統的via(導通孔)另一種比較小的PTH,通常稱其為via(導通孔),它們是用來連接及導通電路板(PCB)的不同層之間的銅箔線路用的,因為PCB基本上就是由許多的銅箔層堆疊累積而成,相鄰層銅箔(copper)之間都會再鋪了一層絕緣層,也就是說銅箔層彼此之間不能互通的,而不同的銅箔層之間的訊號傳遞靠的就是via,所以中文才會稱其為「導通孔」,你可以把不同的銅箔層想像成大型百貨公司的不同樓層,而導通孔就相當於樓梯,樓梯不只一處。

Blind-Via-Hole左圖是電路板的剖面圖,把它想成是玻璃瓶內的螞蟻巢穴,這是一片有六層銅箔的PCB,我們可以把這片PCB想像成有好像六層樓的大廈,每一層銅箔就代表著一層樓,而via(導通孔)就相當於連接樓層間的樓梯通道,而且這棟大廈的樓梯可以有好幾座,不過這樓梯可不一定每一座都會連接到所有的樓層就是了,它可能只有連接第三層與第四層樓,其他都不通,這樣子的孔(via)我們稱之為【Buried Via Hole(埋孔)】,因為從外面完全看不到有孔的存在。因為via的目的在導通不同層的銅箔,而且需要電鍍才能導通,所以via也是PTH的一種。

綠漆覆蓋via(導通孔)不過現在的via大多會用綠漆(solder mask)覆蓋起來,就像左圖的樣子,使其表面絕緣,尤其是手機板,因為板子上的零件越擺越密集,有些via甚至會被放在零件的正下方,為了防止零件與via不小心短路而產生品質問題或功能問題,所以大多會用綠漆來覆蓋via。

另一個目的是有些via上面會有印刷錫膏,當板子流經回焊爐(reflow)時,錫膏是很有可能從via流過去到板子的另一面而造成短路問題的,所以現在的PCB工藝大多會把via的孔徑做得小小,然後用綠漆覆蓋以避免將來可能造成的品質問題,當然這一切還得遵照Gerber的要求做。

當然,使用綠漆覆蓋於導通孔的工法有許多人覺得會有品質風險,因為可能會有蓋孔不全或是化學藥劑殘留而導致腐蝕的風險,但不可否認的,使用綠漆蓋孔還是目前最便宜且可以接受的填孔方式。

除了使用綠漆蓋孔外,也有人使用樹脂先填孔後再用綠漆蓋孔,這樣的工法比較符合品質的要求,但多了一道工序,費用當然得往上加。另外,如果是焊盤/焊墊上的通孔或盲孔(void in pad),一般我們會要求使用電鍍銅塞孔,最後再做表面處理(Finished)的 VIPPO (Via-In-Pad Plated Over),以避免錫膏流進通孔的風險。


延伸閱讀:
COB對PCB設計的要求
PCB電路板為何要有測試點?
導通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則
什麼是ICT(In-Circuit-Test)?有何優缺點?
給初學者:BOM表與ECO、ECN、ECR的關係

 
 
訪客留言內容(Comments)

Via導通孔我們口語都叫”貫孔”

能多參考有用的資訊.

請教前輩們一個問題
就是導通孔經過PTH後再經過二銅之後有化金製程完閉,
問題一:孔壁竟然無孔銅
問題二孔環有些會不見
問題三切片孔口結果化金與二銅有拉扯現象翹翹的,而且平整就像是有二次孔,但製程並無二次孔。

lwk,
依照你的描述,這應該是PCB製程問題,可以直接找PCB廠解釋。
還是你本身就是PCB板廠?
如果你不是板廠,那麼你的描述其實不夠清楚,這些現在是在焊錫後發生?還是之前?焊接為何種製程?SMT或波焊?

想請問一下,如果定位孔或是螺絲孔是PTH,其主要用意為了甚麼?

Robert,
螺絲孔是PTH一般是ESD需求。定位孔是PTH就不知道了,定位孔做成PTH尺寸容易跑掉的。

您好,
想請問一下PTH/via內部通常會灌錫處理嗎?
主要是QFN IC EPAD通常會有via, 想了解在EPAD區域的via是否需要塞孔避免溢錫。
但也遇過EPAD via綠漆塞孔反而使得錫亂跑(因為錫遇到綠漆會自動跑開)而造成氣泡過多造成IC燒毀,所以一直卡在塞不塞孔的糾結中。

Chin,
建議你先閱讀【導通孔在墊(Vias-in-pad)的缺點及處理原則】一文。
另外,我個人沒有看過灌錫填孔的PCB。EPAD區域一般會直接做via或是鍍銅填孔。

Hi,
我有參閱過那篇,不過受到的只是是設計需要讓全通via孔在製程時讓錫流進增加散熱能力,而且孔徑很大。
但當然得也常收到廠端對於這做法的抱怨。

Chin,
如果你有仔細看那篇via-in-pad文章,應該會看到文章最後建議通孔可以設計為微通孔(micro-via),並且使用電鍍銅填孔,這樣不但可以可以達到散熱的要求,也可以解決氣泡過多的問題,但是PCB的價錢會增加。


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