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焊盘上是否可以打过孔?PCB设计的认知提升过程【

时间:2023-07-29 22:40来源:硬十 硬件十万个为什么 作者:ictest8_edit 点击:

 

一、MOSFET等大型焊盘的背面,为了散热要求打过孔。
首先一种情况是焊盘上需要过孔,例如:
我们为了改善MOSFET的散热,在MOSFET的焊盘上打过孔。
 
注意:在这里大焊盘的过孔处理时,我们需要均匀布孔,保证焊盘是均匀受热的。
但是焊盘上打过孔,最大的问题就是焊锡会通过过孔流掉,导致焊锡量不足导致焊接不良。
 
二、一些小封装的电阻电容,要求不要把过孔打在焊盘上。
一般标贴的电阻电容,防止立碑,我们需要做开窗处理。
“立碑”现象常发生在CHIP元件(如贴片电容和贴片电阻)的回流焊接过程中,元件体积越小越容易发生。特别是1005或更小的0603贴片元件生产中,很难消除“立碑”现象。在表面贴装工艺的回流焊接过程中,贴片元件会产生因翘立而脱焊的缺陷,如图4,人们形象地称之为“立碑”现象(也有人称之为“曼哈顿”现象)。
“立碑”现象的产生是由于元件两端焊盘上的焊膏在回流熔化时,元件两个焊端的表面张力不平衡,张力较大的一端拉着元件沿其底部旋转而致。造成张力不平衡的因素也很多。
 
 
所以一般我们会对铺铜的管脚做,开窗处理,防止立碑现象;同理,我们不能把过孔打在SMT焊盘上,防止元件两个焊盘端的表面张力不平衡。
 
焊盘上是否可以打过孔?
正方观点:慎用;
在设计PCB板时,有时因为板子面积的限制,或者走线比较复杂,会考虑将过孔打在贴片元件的焊盘上,一直以来都分为支持和反对两种意见。但总体而言,感觉在焊盘上打过孔的方式容易造成贴片元件的虚焊,在万不得已的情况下尽量慎重使用。现将两种观点简述如下。支持:一般需要在焊盘上打过孔的目的是增强过电流能力或加强散热,因此背面主要是铺铜接电源或地,很少会放贴片元件,这样为防止在回流焊时漏锡,可以将过孔背面加绿油,问题也就解决了,在我接触过的服务器主板电源部分都是这么处理的反对:一般贴片元件可以采用回流焊工艺或波峰焊工艺中的一种,波峰焊要求焊盘密度不宜太高,焊盘太密容易造成连锡短路,贴片IC脚都比较密,采用回流焊则是首选方案.而插装文件则只能采用过波峰焊方式.关于波峰焊和回流焊在网上能找到不少介绍.搞PCB设计的工程师们请先了解一下这些生产工艺才知道如何去设计.Protel里面有Fanout规则,就是禁止把过孔打在焊盘上的。传统工艺禁止这么做,因为焊锡会流到过孔里面。现在有微过孔和塞孔两种工艺允许把过孔放到焊盘上,但非常昂贵,咨询一下PCB厂。最好不要打过孔在PAD上,容易引起虚焊。好好整理一下布局,一个小小的过孔的位置应该还是找得到的。不过,对于贴片元件,回流焊的时候,焊锡会通过过孔流走。所以慎用。
 
焊盘中打过孔好处:方便走线、避免过孔寄生电感.........
焊盘中打过孔缺点:过回流焊容易形成虚焊
只要能解决过回流焊容易形成虚焊的问题,采用焊盘中过孔是在不怎么加成本的,基础上提高线路板性能的一个很好的选择。问过一些线路板厂家说只要过孔上涂上阻焊剂,并且过孔不要开的过大,一般不会形成虚焊。
一些公司的产品,BGA焊盘上打了半通孔,这种半通孔,在SMT回流后,经常会出现空洞,甚至少锡现象。
BGA PAD上打半通孔,这种工艺称之为盲埋工艺,这种孔称之为盲埋孔。如果打了盲埋孔,不再做电镀回填,BGA在焊接时,该位置容易出现气泡、空洞等问题。
这种工艺的最大优点是:PCB PAD与PCB的共面性,也加大了fine pitch BGA PAD的尺寸空间.
缺点是:PCB的成本费用较大.
 
反方观点:没事;
PCB板布线的时候,若遇上元器件密度很高,如何走线和放置过孔确实是一个问题。尽管很多时候可以通过缩小走线和过孔的尺寸,增加PCB层数来解决问题,但随之带来的就是PCB板成本抬高。这里就介绍一下直接将过孔放在表面贴片的器件焊盘上来节省空间的做法。

左边为普通过孔的放法,放置在没有元器件的空闲处。右边则是将过孔放在焊盘上
 
从PCB板的加工制造来说,将过孔放置在焊盘上,在生产过程中是没有任何问题的。但是对电路板的组装会带来一些的问题。首先因为焊盘上有一个孔,会 导致锡膏受热后从孔中流走一部分而可能导致“虚焊”或者“焊接强度不够”;另外,如果是双面贴片板,而且不巧在这个过孔的反面区域布置有其他的焊盘,则可能导致流出的锡膏侵入该焊盘而造成短路。
 
解决上面问题的办法其实很简单,就是将焊盘上的过孔给堵上。
 
导电孔Via hole又名导通孔,为了达到客户要求,线路板导通孔一般需要塞孔,经过大量的实践,改变传统的铝片塞孔工艺,用白网完成线路板板面阻焊与塞孔。生产稳定,质量可靠。
 
 
Via hole导通孔起线路互相连结导通的作用,电子行业的发展,同时也促进PCB的发展,也对印制板制作工艺和表面贴装技术提出更高要求。Via hole塞孔工艺应运而生,同时应满足下列要求:
(一)导通孔内有铜即可,阻焊可塞可不塞;
(二)导通孔内必须有锡铅,有一定的厚度要求(4微米),不得有阻焊油墨入孔,造成孔内藏锡珠;
(三)导通孔必须有阻焊油墨塞孔,不透光,不得有锡圈,锡珠以及平整等要求。
 
随着电子产品向“轻、薄、短、小”方向发展,PCB也向高密度、高难度发展,因此出现大量SMT、BGA的PCB,而客户在贴装元器件时要求塞孔,主要有五个作用:
(一)防止PCB过波峰焊时锡从导通孔贯穿元件面造成短路;特别是我们把过孔放在BGA焊盘上时,就必须先做塞孔,再镀金处理,便于BGA的焊接。
 
(二)避免助焊剂残留在导通孔内;
 
(三)电子厂表面贴装以及元件装配完成后PCB在测试机上要吸真空形成负压才完成:(四)防止表面锡膏流入孔内造成虚焊,影响贴装;(五)防止过波峰焊时锡珠弹出,造成短路。
 
导电孔塞孔工艺的实现
对于表面贴装板,尤其是BGA及IC的贴装对导通孔塞孔要求必须平整,凸凹正负1mil,不得有导通孔边缘发红上锡;导通孔藏锡珠,为了达到客户的要求,导通孔塞孔工艺可谓五花八门,工艺流程特别长,过程控制难,时常有在热风整平及绿油耐焊锡实验时掉油;固化后爆油等问题发生。
现根据生产的实际条件,对PCB各种塞孔工艺进行归纳,在流程及优缺点作一些比较和阐述:注:热风整平的工作原理是利用热风将印制电路板表面及孔内多余焊料去掉,剩余焊料均匀覆在焊盘及无阻焊料线条及表面封装点上,是印制电路板表面处理的方式之一。
 
一 、热风整平后塞孔工艺
此工艺流程为:板面阻焊→HAL→塞孔→固化。采用非塞孔流程进行生产,热风整平后用铝片网板或者挡墨网来完成客户要求所有要塞的导通孔塞孔。塞孔油墨可用感光油墨或者热固性油墨,在保证湿膜颜色一致的情况下,塞孔油墨采用与板面相同油墨。此工艺流程能保证热风整平后导通孔不掉油,但是易造成塞孔油墨污染板面、不平整。客户在贴装时易造成虚焊(尤其BGA内)。所以许多客户不接受此方法。
二 、热风整平前塞孔工艺
2.1 用铝片塞孔、固化、磨板后进行图形转移
此工艺流程用数控钻床,钻出须塞孔的铝片,制成网板,进行塞孔,保证导通孔塞孔饱满,塞孔油墨塞孔油墨,也可用热固性油墨,其特点必须硬度大,树脂收缩变化小,与孔壁结合力好。工艺流程为:前处理→ 塞孔→磨板→图形转移→蚀刻→板面阻焊 。用此方法可以保证导通孔塞孔平整,热风整平不会有爆油、孔边掉油等质量问题,但此工艺要求性加厚铜,使此孔壁铜厚达到客户的标准,因此对整板镀铜要求很高,且对磨板机的性能也有很高的要求,确保铜面上的树脂等彻底去掉,铜面干净,不被污染。许多PCB厂没有加厚铜工艺,以及设备的性能达不到要求,造成此工艺在PCB厂使用不多。
2.2 用铝片塞孔后直接丝印板面阻焊
此工艺流程用数控钻床,钻出须塞孔的铝片,制成网板,安装在丝印机上进行塞孔,完成塞孔后停放不得超过30分钟,用36T丝网直接丝印板面阻焊,工艺流程为:前处理——塞孔——丝印——预烘——曝光一显影——固化 用此工艺能保证导通孔盖油好,塞孔平整,湿膜颜色一致,热风整平后能保证导通孔不上锡,孔内不藏锡珠,但容易造成固化后孔内油墨上焊盘,造成可焊性不良;热风整平后导通孔边缘起泡掉油,采用此工艺方法生产控制比较困难,须工艺工程人员采用特殊的流程及参数才能确保塞孔质量。
2.3 铝片塞孔、显影、预固化、磨板后进行板面阻焊
用数控钻床,钻出要求塞孔的铝片,制成网板,安装在移位丝印机上进行塞孔,塞孔必须饱满,两边突出为佳,再经过固化,磨板进行板面处理,其工艺流程为:前处理——塞孔一预烘——显影——预固化——板面阻焊由于此工艺采用塞孔固化能保证HAL后过孔不掉油、爆油,但HAL后,过孔藏锡珠和导通孔上锡难以完全解决,所以许多客户不接收。
2.4 板面阻焊与塞孔同时完成
此方法采用36T(43T)的丝网,安装在丝印机上,采用垫板或者钉床,在完成板面的同时,将所有的导通孔塞住,其工艺流程为:前处理--丝印--预烘--曝光--显影--固化此工艺流程时间短,设备的利用率高,能保证热风整平后过孔不掉油、导通孔不上锡,但是由于采用丝印进行塞孔,在过孔内存着大量空气,在固化时,空气膨胀,冲破阻焊膜,造成空洞,不平整,热风整平会有少量导通孔藏锡。目前,我公司经过大量的实验,选择不同型号的油墨及粘度,调整丝印的压力等,基本上解决了过孔空洞和不平整,已采用此工艺批量生产。
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