詳解盤中孔工藝與空洞的關系

在PCB設計中，過孔（via）是一種常見的連接方式，它可以將不同層的線路相連，或者提供元器件的焊接位置。過孔有多種類型，其中一種是盤中孔（via in pad），即將過孔打在SMD或BGA焊盤上，然后用樹脂塞住孔并在表面電鍍一層銅，使得焊盤上看不到孔。

圖1.BGA焊盤盤中孔

盤中孔的優缺點

盤中孔（Vid in Pad）是HDI（高密度互聯）板的基本架構，其優勢明顯：降低板間距離及信號傳輸距離，對降低信號干擾及損耗有益；電鍍填銅實心孔可以有效降低孔內寄生信號及寄生電感，利于高頻信號的傳輸；有效減低成品板厚、提高單位面積內的布線密度等。

但是盤中孔也有一些缺點，比如成本高，制作周期長，容易產生氣泡等。其中最嚴重的問題是空洞（void），即在焊點內部形成的氣泡或空隙。空洞會影響焊點的機械強度和熱傳導性能，導致焊接不良或失效。因此，在設計和制造盤中孔時，需要注意避免或減少空洞的產生。

空洞的產生原因：

1.樹脂塞孔不充分或不均勻。樹脂塞孔是盤中孔的關鍵工藝之一，它需要將過孔完全填充并固化，以防止錫膏流入過孔。如果樹脂塞孔不充分或不均勻，會導致過孔內部有殘留的空氣或樹脂收縮造成的縫隙，這些空間會在焊接時被錫膏填充，并形成空洞。

2.電鍍蓋帽不平整或不牢固。電鍍蓋帽是在樹脂塞孔后，在焊盤表面鍍上一層銅，以增加焊接面積和潤濕性。如果電鍍蓋帽不平整或不牢固，會導致錫膏與銅層之間有間隙或分離現象，這些間隙或分離處也會形成空洞。

3.錫膏本身含有氧氣或其他雜質。錫膏是用來連接元器件和PCB的金屬材料，它通常含有一定比例的助焊劑和其他添加劑。這些助焊劑和添加劑在高溫下會發生化學反應或揮發，產生氧氣或其他氣體。

4.焊接溫度不合適。焊接溫度是影響錫膏流動性和潤濕性的重要因素。如果溫度過高或加熱時間過長，會導致錫膏過度氧化或揮發，產生大量氣體；如果溫度過低或加熱時間過短，會導致錫膏流動性差或凝固過快，阻礙氣體排出。

如何避免盤中孔的空洞問題

1.優化樹脂塞孔工藝。樹脂塞孔工藝需要控制好樹脂的類型、粘度、溫度、壓力、時間等參數，以保證樹脂能夠充分且均勻地填充過孔，并在固化后不產生收縮或開裂。

2.優化電鍍蓋帽工藝。電鍍蓋帽工藝需要控制好電鍍液的成分、溫度、濃度、電流、時間等參數，以保證電鍍層能夠平整且牢固地覆蓋在焊盤上，并與樹脂和基板有良好的附著力。同時，需要選擇合適的減銅方法，以去除多余的銅和保持表面平整。

3.選擇和使用合適的錫膏。錫膏的選擇和使用需要考慮其與元器件和PCB的匹配性、潤濕性、氧化性、揮發性等特性，以減少氣體的產生和殘留。

4.優化焊接溫度和時間。焊選擇合適的回流溫度和時間，以保證錫膏充分潤濕和流動。

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