何時在PCB布局中使用帳篷通孔

2022-04-15

何時在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踐來實施，但通常沒有考慮過。其中一些做法被誤解或在沒有最佳做法的情況下實施，例如信號層中的覆銅。其他的在沒有考慮潛在問題的情況下實施，而只是因為這些問題出現在極端情況下。其中之一是使用帳篷通孔，有時默認情況下在PCB布局中實現。

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

何時使用帳篷通孔

via tenting 背后的想法很簡單：您用阻焊層覆蓋PCB中的任何通孔，這樣通孔上的任何焊盤/環以及通孔筒本身都不會暴露在環境中。放置阻焊劑是為了對通孔焊盤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孔的布局示例部分。阻焊劑顯示是該圖像中較大通孔周圍的紫色環。

過孔的帳篷有時被視為DFA 要求以及可靠性要求。通過帳篷的一些陳述的好處和缺點包括：

帳篷可防止暴露于會縮短設備壽命的環境因素，例如有毒化學物質或濕度。

帳篷的成本低于通孔堵塞或用環氧樹脂填充/電鍍，從而使您可以使用最簡單的工藝來保護通孔。

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，看看我們可能需要包括或省略帳篷通孔的一些實例。

小過孔的環保

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稹Ｈ绻^孔直徑太大，阻焊劑可能會破裂并留下一個小孔，這會使污染物進入過孔筒。這就是出現可靠性問題的地方，尤其是在需要環境保護時。

當通孔的內部暴露在環境中并且沒有用鍍層或其他材料（例如，保形涂層）保護時，暴露的銅可能會慢慢腐蝕。如果通孔僅位于一側，則該過程會加快速度，并且一些污染物可能會聚集在通孔桶內。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聚集在通孔桶內的環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發生在您的通孔內部，如果它們沒有被覆蓋的話。

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，以提供額外的環境保護水平。如果環境問題是濕度或灰塵等問題，這將是一個很好的解決方案，但在諸如太空或專業工業系統等低壓環境中的除氣可能會出現問題。

裝配問題

在某些情況下，帳篷通孔會產生一些組裝問題。潛在的組裝問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內通孔的極限。PCB組裝中的過孔應從兩個角度考慮：

在組裝過程中焊料有可能會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。

過多的助焊劑殘留物會導致污染問題和可能的短路問題嗎？如果是，則在組件封裝附近或下方打開通孔。

一個很好的例子是QFN組件或大型TO封裝下方的接地焊盤。該焊盤將包含通孔，但需要將其焊接到組件上以進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。我會爭辯說，在這種情況下，芯吸更為重要，并且應該將這些通孔搭起來，特別是如果背面有其他組件，如果發生任何焊料芯吸，它們可能會短路。

對于具有狗骨扇出的BGA，應該清楚這兩個目標是沖突的。如果您將扇出中的過孔不加蓋，則在組裝過程中您將有一條清晰的助焊劑逃逸路線，并且表面電鍍材料將保護銅免受環境損害。但是，如果您將這些通孔放置在與BGA焊盤相同的一側，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。此狗骨扇出中焊盤和通孔周圍的阻焊掩模擴展形成了一個 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。

根據我的觀點和經驗，分界線是BGA焊盤和過孔之間允許的阻焊層。如果您將過孔不加帳篷并且阻焊層太薄，它可能會在制造后斷裂，這意味著您會失去阻焊層，并且BGA焊球可能會流過打開的過孔筒。如果未加蓋的通孔會留下太薄的阻焊層，我建議將通孔加蓋并要求在組裝過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于他們的免洗助焊劑是否會在回流期間導致焊球短路的數據。

一側還是兩側？

下一個不那么明顯的問題是：你應該在一側還是兩側搭帳篷？

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

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

概括

顯然，從上述可能考慮的問題列表中，在保護免受潛在環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問題，則應徹底測試PCBA，以確保其正常運行，并且設計不會受到基于帳篷通孔的可靠性問題的影響。