这种盘中孔的设计方式你是否做过

edadoc2013

作者：一博科技高速先生成员 王辉东

【关键词 keyword】
PCB 塞孔 SMD PCBA DFM 虚焊

【正文】
大家总认为世界完美无暇，个个都是王子和灰姑娘的童话，PCB的设计也不例外。
当早晨的太阳照耀在焊接厂的金属门框上，反射出一道道耀眼的光芒，门前的大地立刻展现出了一片斑斓的色彩，焊接厂内一片繁忙。
PMC的美女饶萧萧，一手拿着PCB板，一手拿着手机给客户阿毛打着电话。
阿毛接到美女的电话，心内一阵悸动。
女神是一道光，一打电话让你心发慌。
这大清早的打电话，要么是好事，要么是……
果然不是好事情，萧萧让他有空来趟焊接厂，在线的板子有点问题。

阿毛到了车间，看到自己在线的PCB，盘中孔上面冒绿漆（油）。

阿毛说了一声：“这……”
他说当初在外面工厂生产时，工程师说过，孔打SMD盘上，做POFV工艺，生产流程会变长，最少多三天，主要是会增加成本，这点老板也关心。于是阿毛就问工程师有没有又快又不增加成本的方案。工厂说：“有，看我的”。

于是当他收到工厂的EQ，就是毫不犹豫的回复了个2。

我们先来聊聊盘中孔。
什么是盘中孔

盘中孔，顾名思义，也就是过孔打在焊盘上，此处是指SMD盘，通常是指0603及以上的SMD及BGA焊盘，通常简称VIP（via in pad）。

有部分客户从交期和成本方面去考虑，通常不采用POFV的工艺，而选择绿油塞孔，结果对后面焊接造成了很大的压力，不良率攀升，可靠性降低。阿毛的做法就是一个很好的案例。

看了上面的图片，白花花的焊盘中间一点绿，是不是要心疼PCBA工厂的同事们一百次。
盘中孔（POFV）的主流程
为了满足焊接的需求和过孔内部的导通，我们通常采用POFV (plate over filled via)工艺,也就是树脂塞孔电镀填平工艺，也有工厂叫VIPPO，很多工厂把POFV工艺叫做树脂塞孔，这一点是不严谨的。

钻盘中孔→镀孔铜→塞树脂→固化→打磨→减铜→去溢胶→钻其它非盘中孔（通常指元件孔和工具孔）→镀孔铜和VIP面铜→正常流程……

从上图中我们可以看出来，盘中孔流程中，PCB的成品面铜被电镀两次，一次是盘中孔的孔铜电镀，一次是非盘中孔的孔铜电镀。按照IPC-A-6012里面的二级标准，孔铜的厚度为：

那PCB的成品铜厚在基铜的基础上增加了最小40um的厚度。虽然中间有减铜的工艺流程，但是不能把PCB面铜减的太薄，否则会有分层起泡的风险。

下图为减薄铜引起的PCBA回流焊后起泡的不良。

盘中孔的凹陷度

因为盘中孔里面是先用树脂塞孔后固化，再加上打磨，因此对设备的要求比较苛刻，通常是采用真空塞孔机加树脂研磨机。目前还有一些工厂采用网印的方法去塞树脂，导致成品PCB，有凸起和凹陷。如下图所示。

大部分工程师是见过凹陷的，但很少有人见过凸起。为了避免这两种情况超标，对后期PCBA焊接造成影响，出现不良，IPC-A-6012里面对这一方面做了规定，如下图所示：

从上面的数据来看，大家是不是觉得IPC给我们的规范很宽松。
通常为了更好的满足焊接需求，目前有好多客户在做POFV时，和工厂采用AABUS(用户和供应商协商确定)来制定凹陷和镀起的尺寸。目前主流设备用真空塞孔机（二机做业），凹陷度可以做到1mil左右。
盘中孔对设计的要求
前面有讲过POFV的流程，电镀两次后PCB的面铜（基铜+电镀铜厚）比较厚，通常面铜总厚度达到60um左右(如果不减薄铜，成品铜厚将达到2oz左右)，所以原稿PCB外层线宽间距小于3.5/3.5mil(量产建议做4/4mil)，如果采用树脂塞孔，生产过程中会很难管控成品的线宽线距，因为铜厚越厚，蚀刻时间越久，对线路的侧蚀越大，导致线幼甚至开路。

下图为IPC-A-600的侧蚀的图示：

如下图所示，0.5mm pitch的BGA内，夹线3mil，到焊盘的间距3.3mil,加工的不良率特别高，甚至部分厂家无法做POFV工艺。

盘中孔PCB加工能力，因为每一家厂家的工艺能力不一样，大家可以参考设计
1. 成孔尺寸0.15-0.5mm
2. 成品板厚0.5-4.0mm,厚径比18：1

3. PCB原稿设计线宽3.5/3.5mil(min)（因为有两次电镀）

听了潇潇的话，阿毛感觉鼻子一酸，眼睛里有泪花。
问题来了:
大家在设计盘中孔时， 是否注意到POFV对线宽线距的需求，你设置的规则是多少，工厂是否能顺利加工，大家可以畅聊一下。