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導(dǎo)通孔在墊的處理原則

2020-05-19 12:01:49 322

導(dǎo)通孔

導(dǎo)通孔在墊(vias in pad)是個令電子制造工廠非常頭疼的問題,尤其是通孔放在BGA(Ball Grind Array)焊墊(pad)的時候,但設(shè)計單位往往基于其其設(shè)計上不能克服的理由而要求組裝工廠照做。

 

其實隨著電子產(chǎn)品的縮小,電路板的高密度越來越高,層數(shù)也越來越多,所以很多布線工程師(CAD layout engingger)就把通孔擺放在焊墊上面,尤其是球間距小的BGA焊墊(pad)更沒有太多的空間可以擺放導(dǎo)通孔,可是把導(dǎo)通孔擺放在焊墊上雖然節(jié)省電路板的空間,可是對SMT及制造工程師來說這卻是個災(zāi)難,因為很可能會引起下列的問題:

 

如果導(dǎo)通孔被放在BGA的焊墊上,很有可能形成head-in-pillow或焊球內(nèi)部氣泡。

 

因為錫膏印刷在導(dǎo)通孔時候會把空氣封閉在其間,當電路板經(jīng)過回流焊(reflow)的高溫時,導(dǎo)通孔內(nèi)的空氣會因熱而膨脹及逃逸,有些逃不出去的空氣就會在BGA的錫球中形成孔空(Void/bubble),嚴重的話甚至?xí)斐蒱ead-in-pillow的不良。

 

導(dǎo)通孔內(nèi)積留的空氣,在流經(jīng)reflow oven (回焊爐)的時候,空氣受熱膨脹有爆孔(out-gassing)的危險。這通常發(fā)生在預(yù)熱不良的reflow profile,當升溫太快空氣快速膨脹,氣體無法逸出最后就會爆出錫球外面。

 

錫膏會因為毛細現(xiàn)象(pertaining to capillar)而流到導(dǎo)通孔內(nèi)部,造成錫量不足或缺焊等的現(xiàn)象;甚或流到板子對面,造成短路的情形。

 

可是隨著產(chǎn)品設(shè)計越來越小,布線工程師(layout engineer)對于電路板上的領(lǐng)土已到了輜銖必較的地步,有時候還是應(yīng)該是有些可以妥協(xié)空間。 所以也就有了一些變通的方法來處理焊墊上的導(dǎo)通孔,下面圖標由A~E表示五種導(dǎo)通孔及其對SMT制程的影響:

切面圖

A) 導(dǎo)通孔完全沒有處理。這應(yīng)該不會被制造工程師所接受,因為錫在受熱之后會流經(jīng)此導(dǎo)通孔,造成焊錫不足、空焊等不良現(xiàn)象,而且錫量完全無法控制,更可能影響到板子另外一面的零件。


C) 盲孔(Blind hole)。勉強可以用,但還是有很大的風(fēng)險,錫量可以控制,但錫膏覆蓋于半埋孔之上時,會把空氣封鎖在半埋孔內(nèi),當電路板經(jīng)過回焊爐(reflow)加溫后,空氣會因膨脹而爆開錫膏,或形成逸出信道,短期使用可能沒問題,但長期使用之后,可能會從逸出信道的地方裂開,最后造成接觸不良。

 

B)、D)是最好的導(dǎo)通孔設(shè)計。錫膏焊墊上面沒有孔洞影響錫膏量,也不會額外形成氣泡。

 

E) 可以使用,但價格較貴??梢栽陔娐钒搴笾瞥淘偌右坏楞~電鍍的制程,把半埋孔填補起來,填補的洞孔位置會稍有下陷,所以必須要求控制在一定尺寸之內(nèi),尤其是有0.5mm picth BGA的板子。要注意:這種制程的板子一般會增加大約10%的價錢。

 

以下是以最近很夯的QFN中間接地焊墊為例子說明,現(xiàn)在的QFN大部分被拿來當成電源控制器,所以其接地及散熱的要求也就特別高,像這樣密密麻麻的通孔,直接拿去印錫膏的下場真的是千奇百怪的結(jié)果都會發(fā)生。


這是最不好的設(shè)計,貫穿通孔直接擺放于QFN的接地散熱墊上,制造上無法確保其錫量,也就無法確保焊接良好。

最不好的設(shè)計圖

這也是不好的設(shè)計,但部份通孔已經(jīng)用綠漆(mask)蓋上,但仍有部份通孔未塞孔。

不好的設(shè)計圖

這個設(shè)計勉強可以接受,只剩下正中間一個通孔沒有塞孔,而且孔徑也變小了。

勉強可以接受的設(shè)計圖

標簽: pcba

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