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六種IPC-4761定義的印刷電路板導通孔(塞孔)結構保護設計

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這份IPC-4761印刷電路板導通孔結構建保護指引(Design Guide for Protection of Printed Board Via Structures)文件其實已經是2006年的老版本了,距今沒有更新。它定義了幾種導通孔保護(via protection)的方法,也定義了6種導通孔保護的型態(type)。

說白話一點,導通孔保護其實就是我們一般認知的【塞孔】,只是文件中用了幾種名詞(Tented via, Covered via, Capped via, Plugged via, Filled via)等來定義不同的塞孔方法。

文件中也花了很多篇幅來說明導通孔保護的諸多優點,以及導通孔保護施作時可能會遇到的一些問題,不過這不在本文的討論中,有形去的朋友可以自己去找這份文件地看看。

IPC-4761文件中提及的幾種導通孔保護方法

請注意:以下的幾種導通孔保護方法的中文為工作熊自己的翻譯,目前看來並無統一的中文翻譯。

  • Tented via (封孔):封孔主要以乾膜(dry film mask)架橋覆蓋於導通孔的上方,導通孔內沒有填充其他材料。其主要目的在保護導通孔內壁的導通金屬以確保孔內的導通功能可以正常運作。封孔可以在PCB同一個導通孔的單面或雙面位置上執行。可以參考下面表格中Type I-a/b的圖示。

  • Covered via (覆孔):覆孔與封孔很相似,它是在導通孔被「Tented via (封孔)」或「Plugged via (塞孔)」之後再於其上面多覆蓋一層防焊或金屬材料。所以「Covered via (覆孔)」通常與「Tented via (封孔)」或「Plugged via (塞孔)」互相搭配。覆孔的目的也是在保護導通孔內的電鍍塗層,它同時也可以改善單獨使用「Tented via (封孔)」的強度。一般不建議在「Tented via (封孔)」的上方塗佈金屬焊墊,因為容易發生塌陷(dimple)甚至破裂造成焊錫不良或導通的長期信賴性問題。可以參考下面表格中Type II-a/b的圖示。

  • Plugged via (塞孔):塞孔作業通常使用「液態顯影(LPI, Liquid Photo Imageable)」材料或樹脂(resin)以絲網印刷或刮刀或加壓塗抹方式來進行導通孔的塞孔作業,填充物可以是導體或非導體。依照IPC-4761文件的說明,塞孔作業並沒有要求一定要將導通孔完全填滿,而只要求導通孔位於PCB表面的位置必須塞住。可以參考下面表格中Type III-a/b的圖示。

  • Filled via (填孔):填孔的作業方式與塞孔類似,但是要求導通孔內必須完全填滿。填孔作業一般使用LPI或樹脂來填孔,作業上可能會出現不完全填孔或voids的情形影響品質。可以參考下面表格中Type V的圖示。

  • Capped via (蓋孔):在IPC-4761文件中「Capped via」似乎需要配合「Filled via」一起作業,而「Capped via」則是在「Filled via」的上方覆蓋一層金屬鍍層以之與「Covered via」作區別。適合用在有高密度連接(HDI)需求的PCB,特別是Via-In-Pad或Ball-on-Via焊墊可以節省空間。當填孔作業發生瑕疵不完全填孔或voids時,可能會發生焊墊表面凹陷(dimple)造成焊錫不良,造成導通的長期信賴性問題。另外,經驗顯示當Ball-on-Via使用樹脂填孔容易發voids,一旦填孔上方的金屬焊墊又不厚時,就容易在回焊的過程中讓voids中的空氣進入到錫球中並吹脹球體與鄰近錫球短路。可以參考下面表格中Type VII的圖示。

建議延伸閱讀:PCB設計塞孔不塞孔會有何影響?什麼是全塞孔與半塞孔?

IPC-4761定義的幾種導通孔保護的型態(type)

Via Protections Definitions Type 描述 Figure-IPC-4761 Material 注意事項
Tented Via
封閉導通孔
Type I-a Tented – Single-Sided
防焊單面覆蓋封閉導通孔
使用乾膜單面懸空覆蓋於導通孔上方,不允許額外材料入孔。(不建議使用液態材料) (不建議使用)
孔內容易有化學殘留。不建議使用於導通孔內裸銅的PCB。
Tented Via
封閉導通孔
Type I-b Tented –Double-Sided

防焊雙面覆蓋封閉導通孔

使用乾膜雙面懸空覆蓋於導通孔上方,不允許額外材料入孔。(不建議使用液態材料) (不建議使用)
孔內容易有化學殘留。導通孔內氣體在急速高溫中容易突破封孔,不建議使用於導通孔內裸銅的PCB。
Tented And Covered Via
封孔並覆蓋導通孔
Type II-a Tented and Covered – Single Sided 在單面封孔的乾膜上方再覆蓋一層範圍更大的防焊或金屬焊墊。 (不建議在封孔上覆蓋金屬層,長期信賴性不佳)
可強化封孔的強度。孔內容易有化學殘留,不建議使用於導通孔內裸銅的PCB。
Tented And Covered Via
封孔並覆蓋導通孔
Type II-b Tented and Covered – Double-Sided 在雙面封孔的乾膜上方再覆蓋一層範圍更大的防焊或金屬焊墊。 (不建議在封孔上覆蓋金屬層,長期信賴性不佳)
孔內容易有化學殘留,導通孔內氣體在急速高溫中容易突破封孔,不建議使用於導通孔內裸銅的PCB。
Plugged Via
塞孔
Type III-a Plugged Via – Single Sided 一般使用LPI或樹脂來單面填充導通孔。也可使用導體材質填充。 (不建議使用)
Plugged Via
塞孔
Type III-b Plugged Via – Double Sided 一般使用LPI或樹脂來雙面填充導通孔。也可使用導體材質填充。 一般只要塞孔就會額外再加一層防焊或金屬鍍層,沒見過有人單獨這樣使用的。
Plugged and Covered Via
塞孔並覆蓋導通孔
Type IV-a Plugged and Covered Via – Single Sided 一般使用LPI或樹脂在單面塞孔的上方再覆蓋一層防焊。 (不建議使用)
為塞孔的一面容易殘留化學藥劑,SMT錫膏印刷後也容易卡錫珠。
Plugged and Covered Via
塞孔並覆蓋導通孔
Type IV-b Plugged and Covered Via – Double Sided 一般使用LPI或樹脂在雙面塞孔的上方再覆蓋一層防焊。 可以使用,但是要留意導通孔中尉填滿的位置是否在經過高溫時會有爆孔的機會。
Filled Via
填孔
Type V Filled Via 一般使用LPI或樹脂將導通孔完全填滿。 一般只要填孔就會額外再加一層防焊或金屬鍍層,沒見過有人單獨這樣使用的。
Filled and Covered Via Type VI-a Filled and Covered Via – Single Sided 一般使用LPI或樹脂填孔後在單面覆蓋一層防焊。 可強化Type V
Filled and Covered Via Type VI-b Filled and Covered Via – Double Sided 一般使用LPI或樹脂填孔後在雙面各覆蓋一層防焊。 可強化Type V
Filled and Capped Via Type VII Filled and Capped Via – Single Sided 一般使用LPI或樹脂填孔後在雙面各覆蓋一層金屬焊墊。 可以在高密度板使用,特別是Via-In-Pad或Ball-on-Via焊墊可以節省空間

延伸閱讀:
PCB電路板為何要有測試點?
電路板上為何要有孔洞?何謂PTH/NPTH/vias(導通孔)
Solder Mask(S/M)是什麼?對PCB有什麼用處?只有綠色嗎?

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