导通孔在垫(Vias-in-pad)的处理原则

2020-05-19 12:01:49 446

大发快盈500 「导通孔在垫(vias-in-pad or vias-on-pad)」是个令电子板组装制造工厂非常头疼的问题,尤其是通孔放置于BGA(Ball Grind Array)焊垫(pad)的时候,但设计单位往往基于其设计空间不足,或其他难以克服等理由而强迫要求组装工厂照做。


大发快盈500 其实随着电子产品的缩小,电路板的密度越来越高,层数也越来越多,所以很多布线工程师(CAD layout engager)就把通孔摆放在焊垫上面,尤其是球间距小的BGA焊垫(pad)更是没有太多空间可以摆放导通孔。


大发快盈500 不过把导通孔(via)摆放在吃锡的焊垫上虽然节省了电路板的空间,可是对SMT及制造工程师来说这却是个大灾难,因为很可能会引起下列的种种质量问题,说不定到最后回马枪打到的反而是RD自己:

大发快盈500 如果导通孔被放放置于BGA的焊垫上,很有可能形成 head-in-pillow (枕头效应或双头效应)或焊球内部气泡(Bubbles)。

大发快盈500 因为锡膏印刷在导通孔时会把空气封闭在通孔内,当电路板流经回流焊(reflow)炉高温区时,导通孔内的空气会因热而膨胀并试图逃逸,有些逃不出去的空气就会在BGA的锡球中形成孔洞(Void/bubble),严重的话甚至会造成枕头效应(head in pillow)的不良现象。

导通孔内积留的空气,在流经 reflow oven (回焊炉)时,空气会受热膨胀而有爆孔(out-gassing)的危险。

大发快盈500 这通常发生在预热不良的 reflow profile,当升温太快空气快速膨胀,气体无法有效逸出,最后就会爆出锡球外面。

锡膏会因为毛细现象(pertaining to capillary)而流到导通孔内部,造成必须焊接触的锡量不足或缺焊等现象;甚或流到板子对面,造成短路的情形。


可是随着产品设计越来越小,布线工程师(layout engineer)对于电路板上的领土已到了辎铢必较的地步,有时候还是应该是有些可以妥协空间。 所以也就有了一些变通的方法来处理焊垫上的导通孔,下面图标由A~E表示五种导通孔及其对SMT制程的影响:

五种导通孔及其对SMT制程的影响

A) 导通孔完全没有处理。

这应该不会被制造工程师所接受,因为锡在受热之后会流经此导通孔,造成焊锡不足、空焊等不良现象,而且锡量完全无法控制,更可能影响到板子另外一面的零件,造成短路。

大发快盈500 C) 盲孔(Blind hole)。

大发快盈500 勉强可以用,但还是有很大的风险,锡量可以被控制,但锡膏覆盖于半埋孔之上时,会把空气封锁在半埋孔内,当电路板经过回焊炉(reflow)加温后,空气会因膨胀而爆开锡膏,或形成逸出信道,短期使用可能没问题,但长期使用之后,可能会从逸出信道的地方慢慢裂开,最后造成接触不良。

大发快盈500 B)、D)是最好的导通孔设计。

大发快盈500 锡膏焊垫上面没有孔洞影响锡膏量,也不会额外形成气泡。

大发快盈500 E) 可以使用,但价格较贵。

可以在电路板后制程再加一道铜电镀的制程,把半埋孔或通恐填补起来,填补的洞孔位置会稍有下陷,所以必须要求控制在一定尺寸之内,尤其是有 0.5mm pitch BGA 的板子。 要注意:这种制程的板子一般会增加大约10%的价钱。


大发快盈500 部分BGA布线时为了加强焊垫附着于电路板的强度会采取将通孔设计于BGA焊垫中心并做通孔填铜的方法,就类似在焊垫上打一颗铆钉以增加其强度。


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