在众多 PCB 技术中，半孔 FR4 PCB 由于其卓越的连接性能和模块化集成能力，受到了广泛的关注。那么本文什么是半孔 FR4 PCB？将为 PCB 设计师提供一份完整指南，详细介绍 半孔 FR4 PCB 的制造工艺、优势、应用、设计要点及行业趋势。
1. 什么是半孔 FR4 PCB？
半孔 FR4 PCB 也称为城垛孔 PCB，广泛应用于电子制造，尤其是模块到板的连接。这些 PCB 沿板边缘具有半暴露的镀孔，可无缝焊接到另一块板。该技术对于模块化 PCB 至关重要，可实现高效且经济的集成。
2. 了解半孔技术
定义与工作原理
半孔技术是在 PCB 的边缘钻孔，并对这些孔进行镀铜处理。在 PCB 加工过程中，这些孔的一部分会被切掉，形成半圆形的镀铜边缘。半孔可提供可靠的电气和机械连接，使得基于模块的 PCB 可以轻松安装到更大的电路板上。
半孔、通孔（PTH）和过孔（Via）的区别
- 半孔：用于模块与主板连接。
- 通孔（PTH）：完整钻孔并镀铜，用于元件引脚或过孔连接。
- 过孔（Via）：用于不同 PCB 层之间的电气连接。
3. 半孔 FR4 PCB 的材料与特性
什么是 FR4？
FR4 是一种阻燃玻璃纤维增强环氧树脂层压板，广泛用作 PCB 的基材。它具有优异的电绝缘性能、机械强度，并且成本较低。
为什么 FR4 被广泛用于半孔 PCB？
- 成本低廉，市场供应充足
- 绝缘性能优异
- 机械强度高，耐用性强
- 兼容标准 PCB 制造工艺
FR4 与其他 PCB 材料对比
| 材料 | 成本 | 电性能 | 导热性 |
| FR4 | 低 | 良好 | 中等 |
| Rogers | 高 | 优异 | 高 |
| 金属基板 | 中等 | 良好 | 非常高 |
4. 半孔 FR4 PCB 的制造工艺
半孔 FR4 PCB 的制造需要高精度加工工艺，以确保半孔镀铜的可靠性。其主要制造步骤包括：
- 钻孔：使用高精度 CNC 钻孔机在指定位置钻出完整的孔。
- 镀铜：对孔进行电镀，以形成导电层。
- 蚀刻：去除多余的铜层，仅保留所需的电路图形和镀铜孔。
- 铣边与切割：铣削 PCB 边缘，切割镀铜孔的一部分，形成半孔结构。
- 表面处理：采用 ENIG、HASL 或 OSP 等表面处理工艺，提高焊接性能并防止氧化。
- 质量检测：进行外观检查、镀层附着力测试、电气连通性检测等，以确保 PCB 质量合格。
由于半孔加工涉及 高精度制造，需要避免常见缺陷，如镀层不完整或孔边缘粗糙，以确保 PCB 的性能。
5. 半孔 FR4 PCB 的优势
- 无缝模块集成：可直接将模块焊接到主板上。
- 降低成本：减少对连接器的需求，降低组装成本。
- 紧凑设计：节省 PCB 空间，适用于微型化电子设备。
- 焊接可靠性强：提供更坚固的机械和电气连接。
6. 半孔 FR4 PCB 的应用
- SMT 模块连接：Wi-Fi、蓝牙、射频（RF）模块。
- 消费电子：智能手机、可穿戴设备、智能家居产品。
- 汽车电子：传感器模块、控制电路板。
- 工业物联网（IoT）：自动化系统、工业控制板。
- 医疗设备：便携式健康监测仪、诊断设备。
7. 半孔 FR4 PCB 的设计要点
- 孔径与间距：通常直径在 0.3mm~0.6mm 之间。
- 镀层厚度：确保良好的镀铜附着力和导电性。
- 表面处理选择：ENIG（金）、HASL（锡）、OSP（有机防氧化层）。
- 热管理：高功率应用中需考虑散热设计。
8. 半孔 PCB 的可靠性与耐久性测试
- 镀层附着力测试：确保铜镀层具有足够的机械强度。
- 焊接测试：确认模块可可靠焊接。
- 机械应力测试：评估 PCB 在热膨胀等情况下的耐用性。
9. 成本因素与价格分析
影响成本的因素
- 材料选择（FR4 牌号、厚度）
- 设计复杂度（层数、孔径）
- 表面处理类型（ENIG、HASL、OSP）
- 订单数量（批量生产可降低单价）
半孔 PCB 与其他 PCB 的价格对比
半孔 PCB 的成本通常低于高密度互连（HDI）PCB，但由于额外的加工步骤，其价格高于普通单层 PCB。
10. 常见制造缺陷及其解决方案
常见问题：
- 镀铜不完整：影响电气连接。
- 孔位偏移：导致焊接困难。
- 边缘粗糙：影响机械强度。
解决方案：
- 采用高精度钻孔和镀铜工艺。
- 实施严格的质量检测和控制。
- 优化铣边和切割工艺。
11. 如何选择可靠的半孔 FR4 PCB 生产厂家？
关键考察因素：
- 是否具备半孔 PCB 生产经验。
- 认证情况（ISO、IPC、UL）以确保质量。
- 客户评价和过往案例。
- 是否提供小批量打样服务。
12. 半孔 FR4 PCB 的未来发展趋势
- 更先进的 FR4 材料：提升耐热性和电性能。
- 制造自动化：提高精度并降低成本。
- 物联网与 AI 设备需求增长：推动智能科技领域的应用。
13. 结论
半孔 FR4 PCB 在现代电子设计中至关重要，提供了一种 经济高效、节省空间、连接可靠 的模块化解决方案。理解其设计、制造和应用，可帮助 PCB 设计师和采购人员做出更明智的决策。
