電子百科 | PCB 焊盤內過孔

在電子產品不斷朝著高集成、小型化方向發展的今天，印制電路板（PCB）的作用愈發重要。隨著器件尺寸日益縮小和電路復雜度增加，PCB的布線空間需求變得迫切。傳統的通孔技術已難以滿足要求，這催生了"焊盤內過孔"（Via-in-Pad）技術的發展，成為解決此問題的關鍵。本文將探討焊盤內過孔的設計優勢、面臨的挑戰及未來的發展趨勢。

什么是焊盤內過孔？

焊盤內過孔技術是將PCB上的過孔直接在表面貼裝器件（SMD）的焊盤內進行制作。不同于傳統在焊盤外周開孔的設計，焊盤內過孔通過在焊盤區域內建立垂直電氣連接，最大化利用板面空間。這種設計不僅提高布線密度，縮短信號路徑，還改善信號完整性，減少電磁干擾（EMI）。

根據過孔類型，焊盤內過孔分為幾種：

盲孔（Blind Via）：從PCB外層延伸到內層，但未完全穿透整個板子。

埋孔（Buried Via）：連接PCB內部層，不與任何外層相連。

HDI微孔：直徑通常小于等于6mil（0.15mm），通過激光鉆孔技術形成，常為盲孔或埋孔形式。

焊盤內過孔的設計優勢

高密度布線：焊盤內過孔可以釋放焊盤周圍空間，增加走線布設，適合高引腳密度的BGA器件。

改善信號完整性：縮短芯片引腳到內層距離，降低信號傳輸路徑的電感和電阻，減少信號反射和串擾，提高傳輸質量，尤適于高速數字電路和射頻電路。

熱管理：焊盤內過孔能作為大功率器件的散熱通道，提升器件可靠性。

提高焊接可靠性：有助于焊料均勻分布，減少焊盤塌陷或橋接風險。

減少寄生效應：縮短信號路徑和小過孔結構降低寄生電容和電感，對于RF和微波電路尤其重要。

焊盤內過孔面臨的挑戰

盡管具有眾多優勢，焊盤內過孔也面臨制造復雜性和成本等挑戰：

工藝復雜性：制造焊盤內過孔復雜，需要在電鍍前填充孔，確保表面平整。選擇與控制填充材料（如樹脂或銅）至關重要。

可靠性問題：填充不當或電鍍不均可能導致孔內空洞，影響連接可靠性且易導致開路。回流焊過程中，熱膨脹系數差異可能產生應力，影響長期可靠性。

成本增加：額外的鉆孔、填充和電鍍步驟大幅增加PCB制造成本，尤其對于微孔和高層數PCB更為顯著。

設計要求：設計人員需了解制造工藝限制，以便在設計階段考慮填充材料特性、孔徑與焊盤尺寸匹配。不當設計可能導致制造良率下降。

返修困難：焊盤內過孔器件的返修難度大于傳統封裝。過孔位于焊盤下方，使得器件拆除后的檢查和重新焊接復雜。

焊盤內過孔的制造工藝流程

關鍵步驟包括：

鉆孔：使用機械或激光鉆孔技術在PCB板材上鉆孔，微孔通常用激光鉆孔。

除膠渣與化學銅：清除孔內殘膠并進行化學沉銅，確保孔壁導電。

全板電鍍：對板面電鍍，加厚孔壁銅層。

過孔填充：用特殊樹脂或銅漿填充過孔并固化，目的是使孔與表面平齊。

研磨/平整：研磨填充板面，確保無凸起或凹陷。

最終進行二次電鍍和常規PCB工藝如蝕刻、阻焊、表面處理等。

焊盤內過孔的未來發展趨勢

隨著電子產品向更小、更集成方向發展，焊盤內過孔的重要性愈發突出，未來趨勢包括：

更小孔徑、更高密度：隨HDI與激光鉆孔技術發展，焊盤內過孔孔徑將繼續縮小，以應對高密度布線需求，如BGA封裝。

更可靠的填充材料與工藝：研發更匹配熱膨脹、更高導電性和更低成本的填充材料及工藝將成為關注重點。

三維集成應用：焊盤內過孔與3D IC封裝，如TSV技術結合，支持更高級集成，實現芯片垂直互連。

成本優化：隨著技術成熟與規模化生產，焊盤內過孔制造成本預計將降低，使其應用更廣泛。

設計工具智能化：發展更智能化的EDA工具，支持焊盤內過孔設計規則檢查與仿真，提高設計效率和成功率。

焊盤內過孔技術是現代PCB設計和制造領域的一項關鍵創新。它通過將過孔巧妙地融入焊盤區域，有效地解決了高密度互連和信號完整性的挑戰。盡管面臨制造復雜性和成本增加等挑戰，但隨著技術的不斷進步，這些問題有望逐步克服。迅得電子深耕PCB領域，致力于提供高品質的PCB制造服務，我們擁有先進的焊盤內過孔制造工藝和設備，能為客戶提供高效、可靠的解決方案。未來，迅得電子將繼續在技術研發和工藝優化上投入，與客戶攜手推動電子產業的持續創新和發展。