PCB 过孔铜厚的深入指南

***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）

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

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。

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