剖析盘中孔对空洞的影响

在PCB设计中，过孔（via）是一种常见的连接方式，它可以将不同层的线路相连，或者提供元器件的焊接位置。过孔有多种类型，其中一种是盘中孔（via in pad），即将过孔打在SMD或BGA焊盘上，然后用树脂塞住孔并在表面电镀一层铜，使得焊盘上看不到孔。

图1.BGA焊盘盘中孔
盘中孔的优缺点
盘中孔（Vid in Pad）是HDI（高密度互联）板的基本架构，其优势明显：降低板间距离及信号传输距离，对降低信号干扰及损耗有益；电镀填铜实心孔可以有效降低孔内寄生信号及寄生电感，利于高频信号的传输；有效减低成品板厚、提高单位面积内的布线密度等。
但是盘中孔也有一些缺点，比如成本高，制作周期长，容易产生气泡等。其中最严重的问题是空洞（void），即在焊点内部形成的气泡或空隙。空洞会影响焊点的机械强度和热传导性能，导致焊接不良或失效。因此，在设计和制造盘中孔时，需要注意避免或减少空洞的产生。

空洞产生原因
1.树脂塞孔不充分或不均匀。树脂塞孔是盘中孔的关键工艺之一，它需要将过孔完全填充并固化，以防止锡膏流入过孔。如果树脂塞孔不充分或不均匀，会导致过孔内部有残留的空气或树脂收缩造成的缝隙，这些空间会在焊接时被锡膏填充，并形成空洞。
2.电镀盖帽不平整或不牢固。电镀盖帽是在树脂塞孔后，在焊盘表面镀上一层铜，以增加焊接面积和润湿性。如果电镀盖帽不平整或不牢固，会导致锡膏与铜层之间有间隙或分离现象，这些间隙或分离处也会形成空洞。
3.锡膏本身含有氧气或其他杂质。锡膏是用来连接元器件和PCB的金属材料，它通常含有一定比例的助焊剂和其他添加剂。这些助焊剂和添加剂在高温下会发生化学反应或挥发，产生氧气或其他气体。
4.焊接温度不合适。焊接温度是影响锡膏流动性和润湿性的重要因素。如果温度过高或加热时间过长，会导致锡膏过度氧化或挥发，产生大量气体；如果温度过低或加热时间过短，会导致锡膏流动性差或凝固过快，阻碍气体排出。

如何避免盘中孔的空洞问题
1.优化树脂塞孔工艺。树脂塞孔工艺需要控制好树脂的类型、粘度、温度、压力、时间等参数，以保证树脂能够充分且均匀地填充过孔，并在固化后不产生收缩或开裂。
2.优化电镀盖帽工艺。电镀盖帽工艺需要控制好电镀液的成分、温度、浓度、电流、时间等参数，以保证电镀层能够平整且牢固地覆盖在焊盘上，并与树脂和基板有良好的附着力。同时，需要选择合适的减铜方法，以去除多余的铜和保持表面平整。
3.选择和使用合适的锡膏。锡膏的选择和使用需要考虑其与元器件和PCB的匹配性、润湿性、氧化性、挥发性等特性，以减少气体的产生和残留。
4.优化焊接温度和时间。焊选择合适的回流温度和时间，以保证锡膏充分润湿和流动。

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审核编辑 黄宇