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BGA、QFN導通孔在墊(Vias-in-pad)的缺點及處理原則
「導通孔在墊(vias-in-pad or vias-on-pad)」是個令電路板組裝製造工廠非常頭疼的問題，尤其是導通孔(via)放置於BGA（Ball Grind Array）焊墊(pad)的時候，但設計單位往往基於其設計空間不足，或其他難以克服等理由而強迫要求SMT組裝工廠照單全收。
其實隨著電子產品的越做越小，電路板的密度也越來越高，就連電路板的堆疊層數也是越來越多層，所以很多佈線工程師(CAD layout engager)不得已就把導通孔擺放在了焊墊的上面，尤其是球間距小的BGA焊墊(pad)更是沒有多餘的空間可以擺放導通孔。
導通孔在墊(Vias-in-pad)對BGA焊錫的影響
如果這些導通孔是擺放在不需要吃錫的零件焊墊上或許還沒有太大的問題，但如果將導通孔(via)擺放在需要吃錫的焊墊上(Vias-in-pad)就會對SMT及製造工程師帶來大災難，因為它有很大機會影響產品焊接的可靠度，還會引起下列的種種的品質問題，到最後回馬槍還是會打到RD的身上：
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如果導通孔被放置於BGA的焊墊上，很有可能形成HIP(Head-In-Pillow)（枕頭效應或雙頭效應）、NWO(Non-Wet Open)或焊球內部氣泡(Bubbles)。
因為錫膏印刷在導通孔時會把空氣封閉在導通孔內，當電路板流經回流焊(reflow)爐高溫區時，導通孔內被關起來的空氣則會因熱而膨脹並試圖逃逸，有些逃不出去的空氣就會在BGA的錫球內吹風形成孔洞(Void/bubble)，嚴重的話甚至會造成枕頭效應(head in pillow)的不良現象。
錫球內氣泡會導致焊接強度降低，而且有些情況下吹氣的錫球，外體積會變大，反而會造成其與相鄰錫球間短路。 -
導通孔內積留的空氣，在流經 reflow oven (回焊爐)時，空氣會受熱膨脹而有爆孔(out-gassing)的危險。
這通常發生在預熱不良的 reflow profile，當升溫太快空氣快速膨脹，氣體無法有效逸出，最後就會爆出錫球外面。 -
錫膏會因為毛細現象(capillary)而流到導通孔內部，造成焊墊表面必須焊接的錫量不足或缺焊等現象；錫膏甚至可能流到板子對面，造成短路的情形。
導通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則
以上說明【vias-in-pad】的種種缺點，隨著電子產品設計越來越小，佈線工程師對於電路板上的領土已到了輜銖必較的地步，這時候製程上還是有些可以妥協的空間。
所以也就有了一些變通的方法來處理焊墊上的導通孔設計，下面圖示由A～E分別表示五種導通孔的現象及其對SMT製程的影響：
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A) 導通孔完全沒有處理。
這應該不會被製造工程師所接受，因為錫在受熱之後會流經此導通孔，造成焊錫不足、空焊等不良現象，而且錫量完全無法控制，更可能影響到板子另外一面的零件，造成短路。 -
C) 盲孔(Blind hole)。
勉強可以用，但還是有很大的風險，錫量可以被控制，但錫膏覆蓋於半埋孔之上時，會把空氣封鎖在半埋孔內，當電路板經過回焊爐(reflow)加溫後，空氣會因膨脹而爆開錫膏，或形成逸出通道，短期使用可能沒問題，但長期使用之後，可能會從逸出通道的地方慢慢裂開，最後造成接觸不良。 -
B)、D)是最好的導通孔設計。
錫膏焊墊上面沒有孔洞影響錫膏量，也不會額外形成氣泡。 -
E) 電鍍填孔。可以使用，但價格較貴。個人建議採用此法
可以在電路板後製程再加一道銅電鍍的製程，把半埋孔或通孔填補起來，填補的洞孔位置會稍有下陷(dimple)，所以必須要求控制在一定尺寸之內，尤其是有 0.5mm pitch BGA 的板子。要注意：這種製程的板子一般會增加大約7~10％的價錢。
部分BGA佈線時為了加強焊墊附著於電路板的強度也會採取將通孔設計於BGA焊墊中心並做電鍍填孔的方法，就類似在焊墊上打一顆鉚釘以增加其附著於PCB的強度。
QFN也有via-in-pad的問題
以下是以最近很夯的QFN中間接地焊墊為例子說明，現在的QFN大部分被拿來當成電源控制器，所以其接地及散熱的要求也就特別高，像這樣密密麻麻的通孔，如果直接拿去印刷錫膏過爐，最後出現各種千奇百怪的不良現象一點都不會覺得奇怪。
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↓這是最不好的設計，貫穿通孔直接擺放於QFN的接地散熱墊上，製造上無法確保其錫量，也就無法確保焊接良好。 |
↓這也是不好的設計，但部份通孔已經用綠漆(mask)蓋上，但仍有部份通孔未塞孔。 |
↓這個設計勉強可以接受，只剩下正中間一個通孔沒有塞孔，而且孔徑也變小了。 |
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工作熊個人會強烈建議採用《E) 電鍍填孔》的方案來處理QFN下方的接地通孔，這樣才能達到散熱接地的要求，而且也可以解決焊接不良問題。如果對接地焊錫氣泡有特別要求者，建議要做鐳射鑽孔（微通孔），並且做電鍍銅填孔處理，雖然這樣會增加一些PCB費用，但是同時解決了設計及製程問題。
用影片告訴你via-in-pad到底對焊錫會發生什麼事？
如果你還是不太了解via-in-pad是怎麼一回事會造成什麼問題，這裡有一段影片可以幫助你更了解錫膏是如何留到via中並造成可能的問題。
另外，現在有些BGA的焊墊會故意設計微通孔(micro-via)於其正中心，但是會電鍍填孔，目的是為了加強焊墊附著在FR4的力量以對抗BGA錫球破裂的問題。有興趣的朋友可以參考【電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(6)？工作熊個人給BGA焊墊設計的建議
】一文。
建議延伸閱讀：
BTC及QFN封裝中譯名稱及EPad氣泡空洞率允收標準
QFN及BTC散熱墊焊接空洞的3個形成原因及5個可能解決方案
BGA的焊墊不建議做機械鑽孔並做樹脂塞孔表面覆銅製程，因為這種PCB製程容易於回焊期間在BGA的錫球內形成氣泡並吹漲錫球，最終導致其與相鄰錫球短路問題。（可能原因：樹脂填孔不如電鍍填孔，會有許多縫隙在其中，而且樹脂包含有機物，高溫下容易產生氣體，當表面覆銅厚度不足或破孔時就會吹漲錫球）
延伸閱讀：
迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
讓通孔元件/傳統插件也走迴焊爐製程(paste-in-hole)
增加焊錫量的另一選擇 ─ Solder preforms (預成型錫片)
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訪客留言內容（Comments）
請教一下：
1.PIP在於>3,>4mm厚板製程，錫量要求75%，50%，個人覺得不合理，請問你的看法?
2.PIP孔徑若小於一定尺寸，是否就不適合? 我們的情況是0.6，下錫性就變差，是還有其它原因? 我們有外擴也有加錫片。
請幫忙解惑一下
感謝
請教熊大
1.Via in pad的板子上錫球出現氣泡，但切片出來樹塞長銅的位置銅都還完整的覆蓋在孔上(偏薄，約0.3mil)，還有可能是PCB不良造成嗎?
2.如果是樹塞時的Dimple,會造成錫球氣泡嗎?想了解形成原因
感謝!
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名詞弄錯了,,盲孔位置應該是埋孔