PCBA大讲堂：导通孔在垫(Vias-in-pad)的处理原则

「导通孔在垫(vias-in-pad or vias-on-pad)」是个令电路板组装制造工厂非常头疼的问题，尤其是通孔放置于BGA（Ball Grind Array）焊垫(pad)的时候，但设计单位往往基于其设计空间不足，或其他难以克服等理由而强迫要求组装工厂照做。

其实随着电子产品的缩小，电路板的密度越来越高，层数也越来越多，所以很多PCB设计布线工程师(CAD layout engager)就把通孔摆放在焊垫上面，尤其是球间距小的BGA焊垫(pad)更是没有太多空间可以摆放导通孔。
 

不过把导通孔(via)摆放在吃锡的焊垫上虽然节省了电路板的空间，可是对SMT及制造工程师来说这却是个大灾难，因为很可能会引起下列的种种品质问题，说不定到最后回马枪打到的反而是RD自己：

1、如果导通孔被放置于BGA的焊垫上，很有可能形成 head-in-pillow （枕头效应或双头效应）或焊球内部气泡(Bubbles)。 

因为锡膏印刷在导通孔时会把空气封闭在通孔内，当电路板流经回流焊(reflow)炉高温区时，导通孔内的空气会因热而膨胀并试图逃逸，有些逃不出去的空气就会在BGA的锡球中形成孔洞(Void/bubble)，严重的话甚至会造成枕头效应(head in pillow)的不良现象。

2、导通孔内积留的空气，在流经 reflow oven (回焊炉)时，空气会受热膨胀而有爆孔(out-gassing)的危险。 

这通常发生在预热不良的 reflow profile，当升温太快空气快速膨胀，气体无法有效逸出，最后就会爆出锡球外面。

3、锡膏会因为毛细现象(pertaining to capillary)而流到导通孔内部，造成必须焊接触的锡量不足或缺焊等现象；甚或流到板子对面，造成短路的情形。

可是随着产品设计越来越小，PCB设计布线工程师(layout engineer)对于电路板上的领土已到了辎铢必较的地步，有时候还是应该是有些可以妥协空间。所以也就有了一些变通的方法来处理焊垫上的导通孔，下面图示由A～E表示五种导通孔及其对SMT制程的影响：

A) 导通孔完全没有处理。 

这应该不会被制造工程师所接受，因为锡在受热之后会流经此导通孔，造成焊锡不足、空焊等不良现象，而且锡量完全无法控制，更可能影响到板子另外一面的零件，造成短路。

C) 盲孔(Blind hole)。 

勉强可以用，但还是有很大的风险，锡量可以被控制，但锡膏覆盖于半埋孔之上时，会把空气封锁在半埋孔内，当电路板经过回焊炉(reflow)加温后，空气会因膨胀而爆开锡膏，或形成逸出通道，短期使用可能没问题，但长期使用之后，可能会从逸出通道的地方慢慢裂开，最后造成接触不良。

B)、D)是最好的导通孔设计。 

锡膏焊垫上面没有孔洞影响锡膏量，也不会额外形成气泡。

E) 可以使用，但价格较贵。 

可以在电路板后制程再加一道铜电镀的制程，把半埋孔或通恐填补起来，填补的洞孔位置会稍有下陷，所以必须要求控制在一定尺寸之内，尤其是有 0.5mm pitch BGA 的板子。要注意：这种制程的板子一般会增加大约10％的价钱。 

部分BGA 布线时为了加强焊垫附着于电路板的强度会採取将通孔设计于BGA焊垫中心并做通孔填铜的方法，就类似在焊垫上打一颗铆钉以增加其强度。

以下是以最近很夯的QFN中间接地焊垫为例子说明，现在的QFN大部分被拿来当成电源控制器，所以其接地及散热的要求也就特别高，像这样密密麻麻的通孔，直接拿去印锡膏的下场真的是千奇百怪的结果都会发生。

↓这是最不好的设计，贯穿通孔直接摆放于QFN的接地散热垫上，制造上无法确保其锡量，也就无法确保焊接良好。	↓这也是不好的设计，但部份通孔已经用绿漆(mask)盖上，但仍有部份通孔未塞孔。	↓这个设计勉强可以接受，只剩下正中间一个通孔没有塞孔，而且孔径也变小了。