導(dǎo)通孔在墊的處理原則
導(dǎo)通孔在墊(vias in pad)是個(gè)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(shí)候,但設(shè)計(jì)單位往往基于其其設(shè)計(jì)上不能克服的理由而要求組裝工廠照做。
其實(shí)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(duì)SMT及制造工程師來說這卻是個(gè)災(zāi)難,因?yàn)楹芸赡軙?huì)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?yàn)殄a膏印刷在導(dǎo)通孔時(shí)候會(huì)把空氣封閉在其間,當(dāng)電路板經(jīng)過回流焊(reflow)的高溫時(shí),導(dǎo)通孔內(nèi)的空氣會(huì)因熱而膨脹及逃逸,有些逃不出去的空氣就會(huì)在BGA的錫球中形成孔空(Void/bubble),嚴(yán)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(shí)候,空氣受熱膨脹有爆孔(out-gassing)的危險(xiǎn)。這通常發(fā)生在預(yù)熱不良的reflow profile,當(dāng)升溫太快空氣快速膨脹,氣體無法逸出最后就會(huì)爆出錫球外面。
錫膏會(huì)因?yàn)槊?xì)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(duì)面,造成短路的情形。
可是隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越小,布線工程師(layout engineer)對(duì)于電路板上的領(lǐng)土已到了輜銖必較的地步,有時(shí)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(biāo)由A~E表示五種導(dǎo)通孔及其對(duì)SMT制程的影響:
A) 導(dǎo)通孔完全沒有處理。這應(yīng)該不會(huì)被制造工程師所接受,因?yàn)殄a在受熱之后會(huì)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(qiáng)可以用,但還是有很大的風(fēng)險(xiǎn),錫量可以控制,但錫膏覆蓋于半埋孔之上時(shí),會(huì)把空氣封鎖在半埋孔內(nèi),當(dāng)電路板經(jīng)過回焊爐(reflow)加溫后,空氣會(huì)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(zhǎng)期使用之后,可能會(huì)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(jì)。錫膏焊墊上面沒有孔洞影響錫膏量,也不會(huì)額外形成氣泡。
E) 可以使用,但價(jià)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(bǔ)起來,填補(bǔ)的洞孔位置會(huì)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(huì)增加大約10%的價(jià)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(dāng)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(chǎng)真的是千奇百怪的結(jié)果都會(huì)發(fā)生。
這是最不好的設(shè)計(jì),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。
這也是不好的設(shè)計(jì),但部份通孔已經(jīng)用綠漆(mask)蓋上,但仍有部份通孔未塞孔。
這個(gè)設(shè)計(jì)勉強(qiáng)可以接受,只剩下正中間一個(gè)通孔沒有塞孔,而且孔徑也變小了。