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導通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則

2020-05-19 12:01:49 446

「導通孔在墊(vias-in-pad or vias-on-pad)」是個(gè)令電子板組裝制造工廠(chǎng)非常頭疼的問(wèn)題,尤其是通孔放置于BGA(Ball Grind Array)焊墊(pad)的時(shí)候,但設計單位往往基于其設計空間不足,或其他難以克服等理由而強迫要求組裝工廠(chǎng)照做。


其實(shí)隨著(zhù)電子產(chǎn)品的縮小,電路板的密度越來(lái)越高,層數也越來(lái)越多,所以很多布線(xiàn)工程師(CAD layout engager)就把通孔擺放在焊墊上面,尤其是球間距小的BGA焊墊(pad)更是沒(méi)有太多空間可以擺放導通孔。


不過(guò)把導通孔(via)擺放在吃錫的焊墊上雖然節省了電路板的空間,可是對SMT及制造工程師來(lái)說(shuō)這卻是個(gè)大災難,因為很可能會(huì )引起下列的種種質(zhì)量問(wèn)題,說(shuō)不定到最后回馬槍打到的反而是RD自己:

如果導通孔被放放置于BGA的焊墊上,很有可能形成 head-in-pillow (枕頭效應或雙頭效應)或焊球內部氣泡(Bubbles)。

因為錫膏印刷在導通孔時(shí)會(huì )把空氣封閉在通孔內,當電路板流經(jīng)回流焊(reflow)爐高溫區時(shí),導通孔內的空氣會(huì )因熱而膨脹并試圖逃逸,有些逃不出去的空氣就會(huì )在BGA的錫球中形成孔洞(Void/bubble),嚴重的話(huà)甚至會(huì )造成枕頭效應(head in pillow)的不良現象。

導通孔內積留的空氣,在流經(jīng) reflow oven (回焊爐)時(shí),空氣會(huì )受熱膨脹而有爆孔(out-gassing)的危險。

這通常發(fā)生在預熱不良的 reflow profile,當升溫太快空氣快速膨脹,氣體無(wú)法有效逸出,最后就會(huì )爆出錫球外面。

錫膏會(huì )因為毛細現象(pertaining to capillary)而流到導通孔內部,造成必須焊接觸的錫量不足或缺焊等現象;甚或流到板子對面,造成短路的情形。


可是隨著(zhù)產(chǎn)品設計越來(lái)越小,布線(xiàn)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(shí)候還是應該是有些可以妥協(xié)空間。 所以也就有了一些變通的方法來(lái)處理焊墊上的導通孔,下面圖標由A~E表示五種導通孔及其對SMT制程的影響:

五種導通孔及其對SMT制程的影響

A) 導通孔完全沒(méi)有處理。

這應該不會(huì )被制造工程師所接受,因為錫在受熱之后會(huì )流經(jīng)此導通孔,造成焊錫不足、空焊等不良現象,而且錫量完全無(wú)法控制,更可能影響到板子另外一面的零件,造成短路。

C) 盲孔(Blind hole)。

勉強可以用,但還是有很大的風(fēng)險,錫量可以被控制,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,當電路板經(jīng)過(guò)回焊爐(reflow)加溫后,空氣會(huì )因膨脹而爆開(kāi)錫膏,或形成逸出信道,短期使用可能沒(méi)問(wèn)題,但長(cháng)期使用之后,可能會(huì )從逸出信道的地方慢慢裂開(kāi),最后造成接觸不良。

B)、D)是最好的導通孔設計。

錫膏焊墊上面沒(méi)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。

可以在電路板后制程再加一道銅電鍍的制程,把半埋孔或通恐填補起來(lái),填補的洞孔位置會(huì )稍有下陷,所以必須要求控制在一定尺寸之內,尤其是有 0.5mm pitch 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(qián)。


部分BGA布線(xiàn)時(shí)為了加強焊墊附著(zhù)于電路板的強度會(huì )采取將通孔設計于BGA焊墊中心并做通孔填銅的方法,就類(lèi)似在焊墊上打一顆鉚釘以增加其強度。


標簽: pcba

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