Q

過(guò)孔打在焊盤上，到底是"妙招"還是"餿主意"？

A

在PCB設(shè)計(jì)中，過(guò)孔和焊盤是兩個(gè)最基本的元素，但它們的關(guān)系卻常常讓工程師們頭疼不已。有人為了節(jié)省空間將過(guò)孔打在焊盤上，結(jié)果SMT生產(chǎn)時(shí)遭遇"滑鐵盧"；有人嚴(yán)格按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，卻又被BGA封裝的布線逼到墻角。今天，我們就來(lái)深入解析過(guò)孔焊盤的方方面面，幫你避開這些設(shè)計(jì)"坑"。

什么是過(guò)孔焊盤？

要理解過(guò)孔焊盤，首先需要區(qū)分兩個(gè)概念：過(guò)孔和焊盤。

過(guò)孔主要用于連接同一網(wǎng)絡(luò)不同層的導(dǎo)線，一般不用作焊接元件，孔徑通常較小，表面可以涂阻焊油墨也可以不涂。

焊盤分為引腳焊盤和表面貼裝焊盤。引腳焊盤有焊孔，主要用于焊接引腳元件；而表面貼裝焊盤沒(méi)有焊孔，主要用于焊接表面貼裝元件。

過(guò)孔焊盤，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是過(guò)孔本身所帶的環(huán)形銅圈，它是過(guò)孔結(jié)構(gòu)的一部分，用于連接線路。

為什么會(huì)有過(guò)孔焊盤？

過(guò)孔焊盤存在的核心原因有兩個(gè)：

1、電氣連接功能

過(guò)孔需要在不同層之間傳遞信號(hào)，焊盤提供了可靠的連接點(diǎn)。

2、工藝需求

在PCB制造過(guò)程中，過(guò)孔需要經(jīng)過(guò)鉆孔、沉銅等工序，焊盤確保了這些工序的可行性。過(guò)孔的焊環(huán)最小寬度一般為0.15mm，以保證可靠沉銅電鍍。

然而，隨著電子產(chǎn)品向輕薄化、多功能化發(fā)展，PCB設(shè)計(jì)空間越來(lái)越緊張，一種特殊的現(xiàn)象開始普遍——盤中孔，即過(guò)孔直接打在焊盤上。

盤中孔：不得已而為之的設(shè)計(jì)

為什么要將過(guò)孔打在焊盤上？

常規(guī)設(shè)計(jì)是在焊盤旁邊打一個(gè)過(guò)孔，連接其他層的線路。但當(dāng)需要設(shè)計(jì)很多布線且放置很多元器件時(shí)，要么把PCB板設(shè)計(jì)得很大，要么將過(guò)孔放到元器件焊盤上。

對(duì)于BGA封裝的器件來(lái)說(shuō)，小間距的BGA焊盤幾乎沒(méi)有空間在旁邊放置過(guò)孔，盤中孔就成了唯一的選擇。

過(guò)孔焊盤的設(shè)計(jì)隱患

過(guò)孔焊盤雖然解決了空間問(wèn)題，卻可能帶來(lái)一系列生產(chǎn)隱患：

1、SMT焊接問(wèn)題

錫膏流失：由于毛細(xì)管作用，焊膏會(huì)流入通孔，導(dǎo)致焊接點(diǎn)的錫量不足，形成虛焊或假焊。

氣泡/空洞：焊膏印刷在通孔上時(shí)，空氣被封閉在孔內(nèi)，回流焊時(shí)空氣受熱膨脹，在焊球中形成空洞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致枕頭效應(yīng)。

2、不同處理工藝的局限性

過(guò)孔蓋油：只蓋住焊盤表面，孔中間是空心，高溫下油墨可能流走，導(dǎo)致“孔口發(fā)黃”。

過(guò)孔塞油：雖能把孔堵實(shí)，但塞油處無(wú)銅面填實(shí)，焊接面積減少，仍存在焊接不牢的風(fēng)險(xiǎn)。

3、外觀與可靠性問(wèn)題

當(dāng)采用不恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞綍r(shí)，會(huì)出現(xiàn)"白花花的焊盤中間一點(diǎn)綠"的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量和可靠性。

正確解決方案：樹脂塞孔工藝

為了保證焊接品質(zhì)，對(duì)于必須采用盤中孔的設(shè)計(jì)，業(yè)界推薦樹脂塞孔+電鍍蓋帽工藝。

1、工藝的優(yōu)勢(shì)

防止漏錫：樹脂填滿孔內(nèi)，SMT焊接時(shí)錫膏不會(huì)流失。

保證焊接面積：電鍍蓋帽后焊盤平整，有足夠面積焊接。

提高可靠性：避免虛焊、假焊等品質(zhì)隱患。

2、注意事項(xiàng)

該工藝會(huì)導(dǎo)致PCB面銅厚度增加（基銅+電鍍銅厚），可能達(dá)到60um左右，因此設(shè)計(jì)線寬間距需留足余量，建議不小于4/4mil。

BGA設(shè)計(jì)中的過(guò)孔焊盤要求

對(duì)于BGA封裝的PCB設(shè)計(jì)，過(guò)孔焊盤有更嚴(yán)格的要求。

1、傳統(tǒng)BGA設(shè)計(jì)

過(guò)孔鉆孔子徑：≥0.15mm。

過(guò)孔銅箔直徑：≥0.25mm。

BGA焊盤直徑：≥0.25mm。

鉆孔至BGA焊盤間距：需滿足最小間距要求。

2、先進(jìn)BGA設(shè)計(jì)

采用環(huán)氧或銅膏填充過(guò)孔，可以實(shí)現(xiàn)更精密的布線，0.5mm間距的BGA也能輕松應(yīng)對(duì)。

如何避免過(guò)孔焊盤設(shè)計(jì)問(wèn)題？

設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行過(guò)孔焊盤設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別注意以下幾點(diǎn)：

1、明確需求：是否真的需要在焊盤上打過(guò)孔？能否通過(guò)優(yōu)化布局避免？

2、評(píng)估工藝：如需盤中孔，是否選擇了正確的POFV工藝？

3、檢查設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)規(guī)則是否滿足PCB制造商的能力范圍？

4、驗(yàn)證可制造性：在投板前進(jìn)行全面的可制造性分析（DFM）。

華秋DFM：過(guò)孔焊盤設(shè)計(jì)的得力助手

在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)過(guò)孔焊盤相關(guān)問(wèn)題，比在生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)要節(jié)省大量成本和時(shí)間。華秋DFM作為一款免費(fèi)的PCB可制造性分析軟件，能夠幫助工程師在制造前期發(fā)現(xiàn)或解決所有可能的質(zhì)量隱患，將產(chǎn)品研制的迭代次數(shù)降到最低。

華秋DFM在過(guò)孔焊盤檢測(cè)方面的強(qiáng)大功能：

1、孔上焊盤檢測(cè)：軟件能自動(dòng)檢測(cè)貼片焊盤上的過(guò)孔，識(shí)別是否存在盤中孔設(shè)計(jì)，并給出工藝建議。

2、鉆孔分析：包括鉆孔孔徑檢查、孔到孔間距分析、孔到板邊距離檢查等，確保過(guò)孔設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)工藝要求。

3、阻焊分析：檢查阻焊橋是否完整，阻焊開窗是否合適，避免焊接連錫短路風(fēng)險(xiǎn)。

4、線路分析：檢測(cè)孔環(huán)大小是否足夠，避免開路風(fēng)險(xiǎn)；檢查SMD間距，防止焊接連錫短路。

5、一鍵DFM分析：快速生成全面的可制造性分析報(bào)告，指出設(shè)計(jì)中存在的隱患，包括過(guò)孔焊盤相關(guān)問(wèn)題。

華秋DFM的其他亮點(diǎn)功能：

1、最小線寬/線距檢查：確保設(shè)計(jì)滿足制造工藝要求。

2、字符上焊盤檢查：避免字符覆蓋焊盤影響焊接。

3、仿真圖文件輸出：直觀檢查絲印、位號(hào)是否重疊或被遮擋。

4、價(jià)格交期評(píng)估：基于設(shè)計(jì)復(fù)雜度評(píng)估PCB制造成本和周期。

過(guò)孔焊盤雖小，卻關(guān)乎整個(gè)PCB項(xiàng)目的成敗。理解過(guò)孔焊盤的本質(zhì)、掌握盤中孔的正確處理方法、借助專業(yè)的DFM工具進(jìn)行檢查，是每一位優(yōu)秀硬件工程師的必修課。

無(wú)論你是剛?cè)胄械男率?，還是經(jīng)驗(yàn)豐富的老手，華秋DFM都能成為你設(shè)計(jì)流程中的得力助手，幫你提前發(fā)現(xiàn)過(guò)孔焊盤等設(shè)計(jì)隱患，讓PCB設(shè)計(jì)一次通過(guò)，產(chǎn)品更快上市！

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