何時(shí)在PCB布局中使用帳篷通孔

2022-04-15

何時(shí)在PCB布局中使用帳篷通孔

我看到許多設計師將一些準則作為標準實(shí)踐來(lái)實(shí)施，但通常沒(méi)有考慮過(guò)。其中一些做法被誤解或在沒(méi)有最佳做法的情況下實(shí)施，例如信號層中的覆銅。其他的在沒(méi)有考慮潛在問(wèn)題的情況下實(shí)施，而只是因為這些問(wèn)題出現在極端情況下。其中之一是使用帳篷通孔，有時(shí)默認情況下在PCB布局中實(shí)現。

這總是正確的做法嗎？帳篷通孔可能存在哪些可靠性問(wèn)題？這些都是重要的問(wèn)題，尤其是當出現與高縱橫比通孔和堆疊微通孔有關(guān)的可靠性問(wèn)題時(shí)。在本文中，我們將檢查一些圍繞過(guò)孔的設計要點(diǎn)，以及何時(shí)應避免在PCB布局中使用它。

何時(shí)使用帳篷通孔

via tenting 背后的想法很簡(jiǎn)單：您用阻焊層覆蓋PCB中的任何通孔，這樣通孔上的任何焊盤(pán)/環(huán)以及通孔筒本身都不會(huì )暴露在環(huán)境中。放置阻焊劑是為了對通孔焊盤(pán)和通孔筒內的鍍層提供一定程度的保護。如果您查看PCB布局，只需查看阻焊掩模層即可發(fā)現帳篷通孔；這同樣適用于該阻焊層的Gerber文件。

帶有帳篷和非帳篷過(guò)孔的布局示例部分。阻焊劑顯示是該圖像中較大通孔周?chē)淖仙h(huán)。

過(guò)孔的帳篷有時(shí)被視為DFA 要求以及可靠性要求。通過(guò)帳篷的一些陳述的好處和缺點(diǎn)包括：

帳篷可防止暴露于會(huì )縮短設備壽命的環(huán)境因素，例如有毒化學(xué)物質(zhì)或濕度。

帳篷的成本低于通孔堵塞或用環(huán)氧樹(shù)脂填充/電鍍，從而使您可以使用最簡(jiǎn)單的工藝來(lái)保護通孔。

根據放置和焊接在板上的特定組件，帳篷既可以幫助也可以干擾組裝。

讓我們看看這些區域中的每一個(gè)，看看我們可能需要包括或省略帳篷通孔的一些實(shí)例。

小過(guò)孔的環(huán)保

帳篷最適合用于成品孔徑小于約 12 mil 的小通孔。具體的直徑限制取決于LPI阻焊層解決方案，您的制造商應該能夠推薦最大通孔直徑以確?？煽康睦?。如果過(guò)孔直徑太大，阻焊劑可能會(huì )破裂并留下一個(gè)小孔，這會(huì )使污染物進(jìn)入過(guò)孔筒。這就是出現可靠性問(wèn)題的地方，尤其是在需要環(huán)境保護時(shí)。

當通孔的內部暴露在環(huán)境中并且沒(méi)有用鍍層或其他材料（例如，保形涂層）保護時(shí)，暴露的銅可能會(huì )慢慢腐蝕。如果通孔僅位于一側，則該過(guò)程會(huì )加快速度，并且一些污染物可能會(huì )聚集在通孔桶內。這種暴露也可能導致設備提前失效。因此，任何可能暴露在污染物可能會(huì )聚集在通孔桶內的環(huán)境中的任何設備都應該在可能的情況下使用帳篷。

此處看到的極端腐蝕可能會(huì )發(fā)生在您的通孔內部，如果它們沒(méi)有被覆蓋的話(huà)。

如果您將一些通孔未覆蓋，您始終可以在PCBA上涂敷保形涂層，以提供額外的環(huán)境保護水平。如果環(huán)境問(wèn)題是濕度或灰塵等問(wèn)題，這將是一個(gè)很好的解決方案，但在諸如太空或專(zhuān)業(yè)工業(yè)系統等低壓環(huán)境中的除氣可能會(huì )出現問(wèn)題。

裝配問(wèn)題

在某些情況下，帳篷通孔會(huì )產(chǎn)生一些組裝問(wèn)題。潛在的組裝問(wèn)題取決于您是否需要組裝細間距組件，或者您正在以高密度工作，從而使您接近可能需要焊盤(pán)內通孔的極限。PCB組裝中的過(guò)孔應從兩個(gè)角度考慮：

在組裝過(guò)程中焊料有可能會(huì )吸到電路板的背面嗎？如果是，則將通孔放置在組件封裝附近。

過(guò)多的助焊劑殘留物會(huì )導致污染問(wèn)題和可能的短路問(wèn)題嗎？如果是，則在組件封裝附近或下方打開(kāi)通孔。

一個(gè)很好的例子是QFN組件或大型TO封裝下方的接地焊盤(pán)。該焊盤(pán)將包含通孔，但需要將其焊接到組件上以進(jìn)行電氣連接并確保熱量輕松從組件轉移出去。但是，電路板的背面可能有帳篷以防止焊料芯吸。我會(huì )爭辯說(shuō)，在這種情況下，芯吸更為重要，并且應該將這些通孔搭起來(lái)，特別是如果背面有其他組件，如果發(fā)生任何焊料芯吸，它們可能會(huì )短路。

對于具有狗骨扇出的BGA，應該清楚這兩個(gè)目標是沖突的。如果您將扇出中的過(guò)孔不加蓋，則在組裝過(guò)程中您將有一條清晰的助焊劑逃逸路線(xiàn)，并且表面電鍍材料將保護銅免受環(huán)境損害。但是，如果您將這些通孔放置在與BGA焊盤(pán)相同的一側，則可以防止焊料芯吸到電路板的背面。

此圖顯示了BGA組件下方的頂部焊料層。此狗骨扇出中焊盤(pán)和通孔周?chē)淖韬秆谀U展形成了一個(gè) 4 mil 寬的小條。該值恰好處于許多制造商認為可靠的邊緣，并且阻焊層可能會(huì )在制造后從板上脫落。如果該值低于制造商的限制，則應將通孔搭在頂部銅層上。

根據我的觀(guān)點(diǎn)和經(jīng)驗，分界線(xiàn)是BGA焊盤(pán)和過(guò)孔之間允許的阻焊層。如果您將過(guò)孔不加帳篷并且阻焊層太薄，它可能會(huì )在制造后斷裂，這意味著(zhù)您會(huì )失去阻焊層，并且BGA焊球可能會(huì )流過(guò)打開(kāi)的過(guò)孔筒。如果未加蓋的通孔會(huì )留下太薄的阻焊層，我建議將通孔加蓋并要求在組裝過(guò)程中使用可靠的免清洗助焊劑。組裝人員應該知道或掌握關(guān)于他們的免洗助焊劑是否會(huì )在回流期間導致焊球短路的數據。

一側還是兩側？

下一個(gè)不那么明顯的問(wèn)題是：你應該在一側還是兩側搭帳篷？

我的觀(guān)點(diǎn)是，如果你打算用帳篷過(guò)孔，那么就在兩邊都做。例外情況是焊盤(pán)中過(guò)孔、裸露銅多邊形/導軌中的過(guò)孔或接地焊盤(pán)中的過(guò)孔（參見(jiàn)下面的TO封裝示例）。這些功能需要裸露的銅，因此過(guò)孔將暴露在一側，您只能在另一側搭建帳篷。否則，一旦過(guò)孔變得足夠大，就不要將它們拉起來(lái)，并選擇合適的鍍層來(lái)保護裸露的導體。

此TO封裝元件的接地焊盤(pán)在頂部使用未拉起的過(guò)孔，但可能需要在底部設置拉蓋以防止出現裝配問(wèn)題。

概括

顯然，從上述可能考慮的問(wèn)題列表中，在保護免受潛在環(huán)境污染的帳篷和不考慮設計以確保組件污染物可以從組件中排出之間存在權衡。如果在特定系統中存在上述任何一個(gè)問(wèn)題，則應徹底測試PCBA，以確保其正常運行，并且設計不會(huì )受到基于帳篷通孔的可靠性問(wèn)題的影響。