Отверстия

Отверстия делают две вещи: соединяют медь разных слоёв и держат выводы компонентов и крепёж. На плате с микроконтроллером их сотни, и каждое — потенциальная точка отказа и статья расходов. Разберёмся, какие они бывают и какие размеры закладывать.

Металлизированные и нет

• Металлизированное отверстие (PTH, plated through-hole). Стенки покрыты медью, поэтому отверстие электрически соединяет все слои, через которые проходит. Сюда относятся отверстия под выводы компонентов и переходные отверстия (vias) — маленькие отверстия, через которые дорожка переходит со слоя на слой.
• Неметаллизированное отверстие (NPTH, non-plated). Просто дырка в стеклотекстолите. Используется для крепёжных винтов, направляющих штырей разъёмов и окон, где медь не нужна.

Аналогия: переходное отверстие — лестница между этажами здания. Крепёжное NPTH-отверстие — дыра под водопроводную трубу: людей она не соединяет.

Виды переходных отверстий

Рис. 4.4. Сквозное отверстие проходит через всю плату — самое дешёвое, его делают все. Глухое (blind) выходит на одну наружную сторону и заканчивается внутри, скрытое (buried) соединяет только внутренние слои и снаружи не видно. Микропереход — маленькое глухое отверстие, прожжённое лазером на глубину одного слоя. Каждый вид сложнее и дороже предыдущего.

Вид	Соединяет	Как делают	Цена
Сквозное (through)	все слои насквозь	механическое сверло после прессования	базовая
Глухое (blind)	наружный слой с одним или несколькими внутренними	сверление с контролем глубины или до прессования	заметно дороже
Скрытое (buried)	только внутренние слои	сверлят ядро до прессования	заметно дороже
Микропереход (microvia)	соседние слои	лазер; по определению IPC — глухая структура с соотношением сторон не больше 1:1 и глубиной не больше 0,25 мм	технология HDI, ещё дороже

На двухсторонней плате бывают только сквозные отверстия, и это нас полностью устраивает. Глухие, скрытые и микропереходы нужны в плотных многослойных платах с BGA-корпусами (модуль 9).

Отверстие и площадка: поясок

Вокруг металлизированного отверстия на каждом слое меди есть кольцевая площадка. Ширина медного кольца между краем отверстия и краем площадки называется гарантийным пояском (annular ring):

поясок = (D − d) / 2, где D — диаметр площадки, d — диаметр отверстия.

Рис. 4.5. Поясок — медное кольцо между краем отверстия и краем площадки, его ширина равна (D − d) / 2. Сверло всегда немного уходит от центра, поэтому поясок закладывают с запасом. Если запаса не хватило, отверстие «выкусывает» край площадки (breakout), и соединение с дорожкой может оборваться.

Зачем запас: сверло никогда не попадает точно в центр, и производитель гарантирует только некоторый допуск. Если поясок слишком узкий, отверстие выкусывает край площадки, и место, где дорожка подходит к площадке, может оборваться. Стандарт IPC-6012 по-разному строг к этому дефекту для разных классов изделий: для бытовой техники (класс 1) допускается частичный выход отверстия за площадку, для ответственной аппаратуры (класс 3) требуется сохранить непрерывное кольцо меди.

Типовые размеры

Ориентиры для двухсторонней платы стандартной технологии. Окончательные значения бери из технологических норм своего производителя.

Параметр	Ориентир	Комментарий
Переходное отверстие	0,3 мм отверстие / 0,5–0,6 мм площадка	у JLCPCB минимум для 1–2 слоёв — отверстие 0,3 мм, площадка 0,5 мм
Поясок под выводы	от 0,13–0,15 мм при 1 oz	у JLCPCB минимум 0,13 мм (1 oz) и 0,2 мм (2 oz)
Отверстие под вывод	диаметр вывода + 0,2–0,3 мм	точнее — по даташиту компонента и IPC-7351 (модуль 8)
NPTH	от 0,5 мм	под винт М3 обычно 3,2 мм
Допуск металлизированного отверстия	порядка ±0,08–0,13 мм	у JLCPCB +0,13 / −0,08 мм

Обрати внимание: в CAD задают готовый (finished) диаметр отверстия. Производитель сверлит примерно на 0,1 мм больше, потому что металлизация и покрытие «съедают» часть диаметра. Об этом пишет, например, Eurocircuits.

Соотношение сторон

Соотношение сторон (aspect ratio) — толщина платы, делённая на диаметр отверстия. Чем глубже и уже отверстие, тем труднее прогнать химию металлизации до его середины, и стенки получаются тоньше. Для стандартных сквозных отверстий производители обычно держат соотношение в пределах примерно 8:1–10:1. Для платы 1,6 мм это отверстие от 0,2 мм. Точное ограничение — в нормах производителя.

Пример: плата 1,6 мм, отверстие 0,3 мм → 1,6 / 0,3 ≈ 5,3:1 — с запасом.

Что делать с переходным отверстием сверху

Переходное отверстие можно оставить открытым или закрыть. Стандарт IPC-4761 описывает варианты защиты, от простого к сложному:

• Открыто — окно в маске над отверстием. Можно щупать как контрольную точку, но рядом с площадками припой может утечь в отверстие.
• Тентирование (tenting) — маска затягивает отверстие сверху. Самый частый и бесплатный вариант для переходов вдали от площадок.
• Заглушка (plugging) — отверстие частично заполняют материалом, затем закрывают маской.
• Заполнение и закрытие медью (filled and capped) — отверстие заполняют, шлифуют и сверху гальванически наращивают медь. Только так можно ставить переход прямо в площадку SMD-компонента (via-in-pad), иначе припой при пайке утечёт в отверстие.

Для учебных плат: тентируем переходные отверстия и не ставим их в площадки.

💡Совет

Чем меньше разных диаметров сверл на плате, тем лучше: каждый диаметр — отдельный инструмент и время станка. Для переходов выбери один-два стандартных размера (например, 0,3/0,6 мм для сигналов и 0,4/0,8 мм для питания) и придерживайся их.

🛠Особенность Altium

В Altium размер отверстия и площадки задаётся в свойствах площадки или переходного отверстия (Hole Size и Diameter). Для выводных компонентов площадки лежат на слое Multi-Layer, то есть на всех слоях сразу. Ограничения для всей платы задают правилами: стиль переходов в категории Routing (Routing Via Style), минимальный поясок и диапазон размеров отверстий в категории Manufacturing (Minimum Annular Ring, Hole Size). Глухие и скрытые переходы описываются на вкладке Via Types в Layer Stack Manager. Список всех отверстий с количеством для производства выводит объект Drill Table в Draftsman (урок 7.8).

Практика

1. Площадка 0,6 мм, отверстие 0,3 мм. Поясок? (0,15 мм.)
2. Нужен поясок 0,15 мм под отверстие 1,0 мм. Какая площадка? (1,3 мм.)
3. Плата 1,6 мм, отверстие 0,15 мм. Соотношение сторон? Подходит ли для обычной технологии? (≈ 10,7:1 — на пределе или выше возможностей многих производителей, нужно уточнять.)
4. Найди в нормах выбранного производителя: минимальное переходное отверстие для двухсторонней платы, минимальный поясок и допуск на диаметр отверстия.

🧯 Типичные ошибки

Отверстие под вывод оказалось слишком тесным, разъём не влезает

Почему В CAD задали диаметр, равный диаметру вывода, забыв про допуски и толщину металлизации.

Как исправить Готовое отверстие = диаметр вывода (по даташиту, с допуском) + 0,2–0,3 мм. Лучше брать посадочные места, рассчитанные по IPC-7351 (модуль 8).

Переход в площадке SMD — при пайке компонент «сухой»

Почему Открытое отверстие в площадке работает как капилляр: припой утекает на другую сторону.

Как исправить Не ставь переходы в площадки. Если без этого никак — заказывай заполненные и закрытые медью отверстия (via-in-pad).

Производитель отклонил заказ: слишком узкий поясок

Почему Площадку переходного отверстия сделали впритык к диаметру отверстия.

Как исправить Задай в Altium правило минимального пояска по нормам производителя и прогони проверку DRC (урок 7.7).

Крепёжное отверстие сделали металлизированным и соединённым с землёй случайно

Почему Под винт поставили площадку PTH, и она замкнулась на полигон.

Как исправить Под крепёж ставь NPTH или PTH, подключённое к цепи осознанно. Отступ полигона от крепежа задай правилом зазора.

Проверь себя

1. 1. Какое отверстие соединяет только внутренние слои и снаружи не видно?

   СквозноеГлухое (blind)Скрытое (buried)NPTH
2. 2. Площадка 0,8 мм, отверстие 0,4 мм. Чему равен гарантийный поясок?

   0,4 мм0,2 мм0,1 мм1,2 мм
3. 3. Зачем нужен запас по пояску?

   Чтобы плата была прочнееСверло уходит от центра, и без запаса отверстие может выйти за край площадкиЧтобы удобнее было паять
4. 4. Какой вид переходов есть на обычной двухсторонней плате?

   Только сквозныеСквозные и глухиеТолько микропереходы
5. 5. Что значит «тентированное» переходное отверстие?

   Отверстие заполнено медьюОтверстие сверху затянуто паяльной маскойОтверстие без металлизации

🎯Практическое задание~20 мин

Составь «шпаргалку отверстий» для своего будущего производителя: минимальное переходное отверстие и площадка для двухсторонней платы, минимальный поясок под выводы, минимальное NPTH, допуск на диаметр, есть ли тентирование по умолчанию. Затем выбери два стандартных переходных отверстия, которые будешь использовать в проектах курса, и посчитай для них поясок и соотношение сторон при толщине платы 1,6 мм.