PCB設(shè)計中不同類型的過孔工藝

多層 PCB 設(shè)計需要一種在各層之間建立連接的方法，這是通過使用從通孔過孔到焊盤中過孔技術(shù)的過孔來完成的。走線用作水平連接元件，而過孔用作垂直連接元件，使信號和電源能夠在板層之間傳輸。

在講盤中孔之前，先介紹一下PCB設(shè)計中不同的類型的過孔。

一、PCB設(shè)計中不同類型的過孔

1、盲孔

過孔將與外部層與PCB的內(nèi)部層連接起來，不需要穿過整個PCB。

2、埋孔

埋孔連接 PCB 的內(nèi)部層，創(chuàng)建起來更復(fù)雜并且成本更高，這些孔起源于 PCB 的內(nèi)層并終止于 PCB 的內(nèi)層，從外部看不到。

3、微孔

微孔是尺寸等于或小于 6 密耳的微小孔，使用激光在 PCB 上鉆孔。微孔通常在HDI PCB中實現(xiàn)。

二、盤中孔工藝是指什么？

盤中孔是指過孔打在焊盤上，焊盤為SMD盤，通常是指0603及以上的SMD及BGA焊盤，通常簡稱VIP(via in pad)。插件孔的焊盤不能稱為盤中孔，因插件孔焊盤需插元器件焊接，所有插件引腳焊盤上都有孔。下圖為盤中孔示意圖。

在BGA引腳間距小無法扇出時，解決的方法只有一種，就是打盤中孔。還有就是BGA背面放置濾波電容，當(dāng)BGA引腳多時背面的濾波電容無法避開引腳扇出的過孔，只能接受濾波電容的焊盤上打孔。

因此盤中孔存在兩種情況，一種是在BGA焊盤上，一種是在貼片的焊盤上。下面有PCB設(shè)計各類通孔和盤中孔的圖，簡單明了。

PCB設(shè)計各類孔

盤中孔與傳統(tǒng)的過孔不同，在傳統(tǒng)的過孔中，信號承載跡線遠(yuǎn)離堤盤路由到通孔，焊盤中通孔通過減少走線布線占用的空間來實現(xiàn) PCB外形尺寸的小型化。這些焊盤內(nèi)孔最典型的應(yīng)用是間距為 0.5 毫米或更小的 BGA 組件。

盤中孔與傳統(tǒng)的孔區(qū)別

盤中孔技術(shù)最大限度地減少了信號路徑長度，從而減少了寄生電感和電容效應(yīng)。

盤中孔

三、盤中孔設(shè)計

這里講一下什么時候需要設(shè)計盤中孔，什么時候不需要設(shè)計盤中孔。

1、無需設(shè)計盤中孔

在進(jìn)行PCB布線之前，都需要先做扇出工作，方便內(nèi)層布線。對于BGA類的器件扇出，引腳數(shù)目太多，而且BGA區(qū)間必須要扇孔在焊盤之間的中心位置。關(guān)于BGA扇出的設(shè)置參數(shù)，過孔0.15-0.2mm，線寬3-4mil，孔環(huán)0.3-0.4mm，因此BGA引腳間距需要大于0.35mm,方可正常扇出。

2、需設(shè)計盤中孔

在BGA扇出前，我們需要對via孔的孔徑進(jìn)行設(shè)置，否則孔徑不合適也不能有效扇出，或者扇出結(jié)果不正常。當(dāng)BGA引腳間距過小無法扇出時，需設(shè)計盤中孔，從內(nèi)層走線或者BGA器件的底層走線。

1）BGA上的盤中孔

一般器件的封裝引腳少無需設(shè)計盤中孔，BGA器件的引腳多扇出的過孔占用布線的空間，如果把過孔設(shè)計為盤中孔，孔打在BGA 焊盤上則可以預(yù)留出布線的空間，當(dāng)引腳間距過小無法布線時設(shè)計盤中孔，從其他層布線。

BGA上的盤中孔

2）濾波電容上的盤中孔

在BGA器件內(nèi)走線需要打很多過孔時，BGA器件背面塞濾波電容很難避開過孔。因此過孔打在焊盤上面，成為盤中孔。

濾波電容上的盤中孔

四、盤中孔生產(chǎn)工藝

1、BGA上面的過孔一般定義為盤中孔，需要塞樹脂，樹脂上面電鍍蓋帽方便客戶焊接?？蛻粲幸驜GA上面的孔不塞孔的除外。

2、除BGA以外，當(dāng)客戶要求所有過孔樹脂塞孔時，貼片上面的過孔同樣定義為盤中孔。

下面為盤中孔示例：

盤中孔

盤中孔生產(chǎn)工藝流程

鉆盤中孔→鍍孔銅→塞樹脂→固化→打磨→減銅→去溢膠→鉆其它非盤中孔（通常指元件孔和工具孔）→鍍孔銅和VCP面銅→正常流程……

下面分別舉一個做盤中孔和不做盤中孔工藝的例子：

1）不做盤中孔工藝

盤中孔需樹脂塞孔，然后塞的樹脂上面鍍上銅才利于焊接。當(dāng)盤中孔沒做盤中孔工藝，不做塞孔的結(jié)果是焊接面積小，孔內(nèi)藏錫珠或爆油現(xiàn)象，導(dǎo)致虛焊。

不做盤中孔工藝

2）盤中孔工藝

BGA焊盤小如再設(shè)計盤中孔了，基本上沒有了焊接面積。因此盤中孔需要做樹脂塞孔，電鍍把孔填平才利于焊接，不會出現(xiàn)焊接不良的現(xiàn)象。

五、盤中孔設(shè)計

你可以使用阻焊層作為封堵介質(zhì)，以防止焊料被吸入通孔腔中，這是一種傳統(tǒng)方法。對于 VIP 結(jié)構(gòu)，需要一個完全填充的通孔腔，以消除滯置空氣和除氣，還需要一個精確平坦的平面來可靠地連接細(xì)間距的 BCA。

可用于 VIP 的制造選項包括機(jī)械鉆孔、電鍍和非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂填充方法以及激光燒蝕和全銅填充盤中孔方法。

1、非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂過孔填充

如上所述，機(jī)械鉆孔悍盤中的通孔需要用環(huán)氧樹脂填充。環(huán)氧樹脂的選擇在很大程度上取決于焊盤中通孔填充材料和所用層壓板的熱膨脹系數(shù)CTE)。這一點很重要，因為當(dāng) PCB 在堆疊過程中經(jīng)歷加熱和冷卻階段時，填充材料將與周圍的層壓板材料一起移動或靠著周圍的層壓板材料移動。它會導(dǎo)致應(yīng)力引起的骨折，甚至電路斷開。

由于非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的 CTE 與層壓板的 CTE 更接近，因此是常見的一種選擇，也是一種具有成本效益的選擇。PCB 的設(shè)計和章圖將最終決定填充通孔所需的環(huán)氫樹脂類型。

2、盤中孔生成

組件/設(shè)備占位面積的一個主要特征決定了用于生成焊盤中通孔的制造方法一一焊盤直徑。為了滿足IPC 2 類或了類的最低環(huán)形圈要求，焊盤尺寸應(yīng)足以允許通孔直徑以及制造公差所需的材料尺寸。

環(huán)形圈的特點

使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械鉆孔時，需要考慮導(dǎo)向鉆尺寸(預(yù)鍍鉆孔直徑)和孔環(huán)，孔環(huán)是鉆孔鍍銅后的焊盤。當(dāng)指定最小鉆孔直徑后剩余的孔環(huán)不夠時，需要使用激光微孔。需要明確的是，環(huán)形圈是鉆孔和成品孔周圍的銅墊區(qū)域。

3、常見盤中孔設(shè)計

1）帶盤中孔的BGA焊盤

帶盤中孔的BGA焊盤

2）帶盤中孔的QFN器件焊盤

帶盤中孔的QFN器件焊盤

3）過孔存在于組件焊盤，例如電阻或電容

過孔存在于組件焊盤，例如電阻或電容

4）過孔位于IC焊盤或連接器或多引腳組件內(nèi)

過孔位于IC焊盤或連接器或多引腳組件內(nèi)

在某些情況下，不需要填充過孔。例如導(dǎo)熱焊盤不需要焊接，因為不需要算做盤中孔。

4、不需要焊料填充的盤中孔

1）不需要焊料填充的導(dǎo)熱焊盤

不需要焊料填充的導(dǎo)熱焊盤

導(dǎo)熱焊盤上的過孔

2）不在焊盤上的過孔

當(dāng)實際上沒有在焊盤上放置過孔時，也不需要填充過孔。

不在焊盤上的過孔

六、盤中孔布線有哪些優(yōu)點？

當(dāng)電路板尺寸有限、設(shè)計組件占用空間非常小以及表面布線選項受設(shè)計限制時，使用 VIP 布線。盤中孔路由通常與BGA一起使用。

還值得注意的是，當(dāng) PCB 在緊湊區(qū)域具有復(fù)雜的設(shè)備時，設(shè)計人員會在表面貼裝設(shè)備(SMD)焊盤中放置過孔以扇出連接。

使用 VIP 布線時，PCB 還具有其他優(yōu)勢，當(dāng)你將盤中孔與其他布線選型進(jìn)行比較時，還會有其他優(yōu)勢。

1、細(xì)間距球柵陣列BGA) 的布線更容易，其結(jié)果可能小于 32 和 40 密 (0.8 毫米和1毫米)。

典型的球柵陣列

2、當(dāng)消除表面布線時，可以將旁路電容放置在更靠近組件的位置，從而最大限度地減少電感，這對于增強(qiáng)熱管理很有用。

3、由于過孔直接位于組件下方，因此無需插入過孔。通孔堵塞涉及到密封，可能在組裝過程中會吸入焊膏的開放通孔。

4、盤中孔布線對于高頻元件接地很有用。

盤中孔

七、盤中孔布線有哪些缺點？

盤中孔路由可以通過克服制造中的某些復(fù)雜性來實現(xiàn)。但是對于制造商來說不得不消除表面凸起，就需要比較復(fù)雜的步驟，如下：

1、盤中孔布線需要創(chuàng)建和填充額外的通孔，增加新的步驟，包括鉆額外的孔，用導(dǎo)電材料(例如銅)電鍍通孔。然后還需要用環(huán)氧樹脂填充通孔并用銅蓋住它們。

2、加蓋過孔有時容易放氣，排氣或除氣是指由于氣體的熱膨脹而排出的蒸汽，氣體是由于埋接過程中的加熱而從液體到蒸汽相變的結(jié)果。

3、放氣現(xiàn)象導(dǎo)致焊點中形成空洞，因為氣泡通過通孔向上移動。

八、盤中孔布線技巧

如果 PCB 設(shè)計需要創(chuàng)建焊盤中過孔，你需要減少制造中的問題，并最大限度地減少這種特定類型布線所需的額外成本和時間。你可以使用下面給出的焊盤內(nèi)導(dǎo)孔指南進(jìn)行表面貼裝器件布線：

參考制造商針對組件放置以及封蓋和填充提供的建議。

將微孔放在在 PCB 的一層

確保用阻焊層蓋住非組件側(cè)

除非必要，否則避免讓過孔保持打開狀態(tài)一一讓過孔保持打開狀態(tài)會使過孔銅暴露在環(huán)境中，從而導(dǎo)致氧化效應(yīng)或重糟，這會縮短 PCB 壽命。

審核編輯：湯梓紅