IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第54页
他们对 材 料的了 解 预 估 尺寸变化 的 变 动， 通 常 依照 线 路板、板子 尺寸 和所 选具体材 料 性 质 ， 来 调 整 底 片 以 补 偿 材 料的 伸缩 。 重 要的 是 要了 解 组装公司 常 基于 “ 分 步重 复 ” 的 原 理 制 作模 板， 这 是 将 单板上的元器件 重 复 地 与 分 板的 安排匹配 。 这 是 至 关 重 要的， 确认 板子制 造 商 所 使用 的 布线 图能精 确 提 供 BTC 的 …
焊所必须的。对于全部表面贴装(SMT)而无需
波峰焊的电路板来说，需要塞导通孔或盖导通
孔来帮助ICT测试机抽真空。此外，阻焊膜应用
于填堵导通孔，就可以允许导通孔和邻近导体
更靠近。
5.4.1 湿膜和⼲膜阻焊膜 永久阻焊膜可用于
干膜和湿膜。干膜阻焊膜可以是水基或溶剂基
的。在这两种情况下，阻焊膜起初如聚合物膜，
施加于真空层压板上。
湿膜阻焊膜，正如名字
表示，是液体或糊状的。包括光感型和可丝印
阻焊膜。后者在烘烤方法上不同。一些可丝印
阻焊膜可以通过紫外(UV)灯烘烤，一些通过对
流烤箱或红外(IR)炉烘烤。UV油墨的附着力不
如热固型的油墨好，但相比热烘烤的所需时间
30-60分钟，它仅仅需要几秒钟烘烤就能完成。
每种液态阻焊膜有优点和缺点。它
们都很便宜而
且非常耐用。作为液体，它们在导体间流动，
防止形成气泡。没有多余的修剪浪费，它们的
厚度可以根据设计来控制。由于湿阻焊膜是丝
印上去的(一种机械过程)，它很难定位而跨越
某些导体，特别是线路细小的印制板。阻焊膜
也有可能在加工过程中渗出到焊盘和表面贴装
盘上。湿印阻焊膜使用在细线路/间距(<200μm)
印制板上时有困难，而且还会自发产生空洞、
气泡眼和针孔。印刷阻焊
膜的使用随着感光阻
焊膜的日益普及而呈下降趋势。
湿膜阻焊膜不能很好地盖住导通孔，需要对导
通孔的填充程度进行控制，为此要开发一种能
阻止化学物质流入导通孔的塞孔方法。部分填
充导通孔会留有化学物质，要清除是很难的。
干膜阻焊膜与湿印阻焊膜相比有一些优点。干
膜可以提供很精确的定位及有更高的分辨力，
这对于防止线路细小的印制板的焊点桥接或
渗
溢是非常关键的。干膜阻焊膜的盖孔也比较出
色，因为它不是液体状态，在真空层压时不会
流入导通孔内。但是，当导线和焊盘表面不平
整而采用半固态干膜时，会出现一些问题。板
子的拱曲和翘曲的叠加作用会产生问题，可能
会在靠近导体附近的干膜下面产生气泡。
干膜比湿膜系列更加昂贵，同时此类供应商也
比较有限。还有，干膜阻焊膜的施加过程有时
很难控制。市场上不能得到
多种厚度的干膜，
而这限制了其应用的灵活性并增加了成本。一
般来说，大部分干膜的厚度在75μm到100μm之
间。
厚阻焊膜在过再流焊的时候也会出现问题。比
如施加于BTC元器件焊盘间的干膜，由于该膜
的摇晃作用，在过再流焊时会造成BTC间隙高
度问题。正因为这个原因，干膜不应该在BTC
元器件焊盘间使用，或在波峰焊时辅面有胶水
粘合元器件的组件也不适合。
5.4.2 感光阻焊膜
感光阻焊膜拥有干膜和湿
膜的优点，干膜也是一种光感成形阻焊膜。相
比湿膜，感光阻焊膜可以提供很精确的定位。
该膜施加非常容易，能完全覆盖整个线路，具
有出色的耐久性，而且比干膜便宜。
感光阻焊膜可以丝印的工艺或帘幕式喷涂的工
艺或瀑布的工艺，其中帘幕式喷涂的方法是将
板子快速通过一个由阻焊膜形成的帘幕。
感光阻焊膜可包含有与液态
光聚合物一起的溶
剂。如果这溶剂被加入阻焊膜里，液态阻焊膜
可以丝印上去，溶剂在烤炉内烘干，然后阻焊
膜通过非接触或接触式的方法外露在紫外光线
(UV)下烘烤。(如果没有添加溶剂，液态阻焊
膜在紫外线下100％聚合)。非接触式的方法需要
一个平行光产生系统使得在液体中的衍射和
散
射最小。这就导致该系统更加昂贵。接触式法
不需要平行紫外光源，所以该系统相对便宜。
感光阻焊膜只能封堵很小的导通孔。大部分感
光湿阻焊膜不能可靠地封堵0.35mm的导通孔，
因为在导通孔内烘烤该聚合物是困难的。如果
封盖导通孔是必需的，那就要使用干膜，因为
只有干膜能有效地覆盖导通孔。
5.4.3 对位 任何表面贴装应用中，多层板中
的板间对位是关键。尤
其当板子以阵列方式做
成一个连板以方便组装和提高产量时，更是这
样。板子制造商自然地将板子制造成连板的形
式。组装厂商在他们组装时也想要利用多板拼
连的优点。
在连板中单个板子的定位和方向通常是由制造
商决定。制造商会优化拼板材料利用率和所使
用材料可达成的公差条件来制造特定的板子。
众所周知的事实是，有机材料是容易变动的(例
如，增长和/或收缩)，因此，板子制造商依据
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他们对材料的了解预估尺寸变化的变动，通常
依照线路板、板子尺寸和所选具体材料性质，
来调整底片以补偿材料的伸缩。
重要的是要了解组装公司常基于“分步重复”
的原理制作模板，这是将单板上的元器件重复
地与分板的安排匹配。这是至关重要的，确认
板子制造商所使用的布线图能精确提供BTC的
焊盘图形与同一面板上所有其它子板上焊盘图
形的关系。组装拼板的位置不一致会导致在表
面组装过程中的焊膏印刷
时的错印。
5.4.4 导通孔保护
5.4.4.1 侵⼊孔 侵入孔这个概念是指允许阻焊
膜覆盖在焊盘上，但是没有填充镀通孔。侵入
孔采用阻焊膜开窗并调整它的大小刚好比导通
孔的尺寸稍大一点。
这个概念允许任何排气或镀通孔清洗，以保证
更多的表面覆盖和增加阻焊膜与圆形铜环间的
粘合力。同时也在焊盘和导通孔之间提供一个
大的网络，这应该最小化去除在BTC元器件维
修拆除时产生
的阻焊膜，见图5-5。
5.4.4.2 导通孔填充 导通孔的填充、加盖、淹
没、遮盖和堵塞(导电或不导电的)是一些制程
名称，这些制程是使用不同的材料来覆盖或填
充导通孔的涂敷技术。目前保护导通孔所使用
的材料包括标准液态感光和非感光阻焊膜、干
膜阻焊膜、特别配方的塞孔油墨、导电油墨、
液态电介质材料甚至是其它PCB结构中不使用
的材料。
导通孔结构的保护
工艺有不同的目的。填充导
通孔通常用在同时有再流焊接和波峰焊接的板
子上。导通孔填充在某些规定的情况下也推荐
使用，比如BTC元器件下面有外露导通孔但要
过波峰焊的板子。值得关注的事实是，当正面有
BTC元器件的板子过波峰焊的时候，大量的热
量会由导通孔来传导。这热量是非常大的，因
为一些BTC元器件下方有高密度的导通孔。
IPC-4761里有 阐 述导通孔保护的三种基本特
性。第一种就是突起孔，也就是导通孔被用材
料堵塞或填充，填充物
超出孔口表面形成一个
突起的形状。第二个是填充面是一个凹面，堵
塞或填充孔的时候，堵塞或填充材料低于孔口
表面，形成一个凹面形状。最后一个平面孔，
就 是 将 超出孔口的过量的堵塞或填充材料清
除，与孔口形成一个共同平面。见图5-6。
IPC-7093-5-5-cn
图5-5 导通孔焊盘⽆阻焊膜和有阻焊膜侵⼊的⽐较
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图5-6 平⾯和盖导通孔保护举例
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以下是各种导通孔填充方法的定义，包括四个
基本的概念：
• 盖导通孔－被干膜阻焊膜覆盖的导通孔；这导
通孔里没有任何填充。当导通孔两边被遮盖的
时候，会有气体残留在孔内的问题，经过大量
焊接时会膨胀。当只遮盖一边时，在组装过程
中会有化学物残留在孔内的问题，尤其当使用
活性强的助焊剂时。
• 灌淹导通孔－用湿感光(LPI)阻焊膜灌淹的导
通孔；导 通孔
部 分 被 填充或孔壁被阻焊膜覆
盖。这工艺可以通过使用真空工作台来改良。
• 堵塞导通孔－涂覆阻焊膜之前要完成的一个附
加的操 作 ，即导通孔用导电或非导电材料填
塞。
• 填充导通孔－用材料填充导通孔，形成一个材
料完全渗透和密封的孔。
• 金属化封盖导通孔－是二次操作给导通孔提供
一个金属覆盖，这金属化镀层是覆盖导通孔两
边的。
导通孔
堵塞经常与BTC元器件一起使用，用于
防止过波峰焊时焊料流至BTC的焊点上。表5-3
显示导通孔填充和表面处理条件之间的关系。
作为惯例，导通孔灌淹和金属化封盖工艺应该是
在表面处理后使用。对 于OSP和浸银表面处理，
必须在表面处理之后进行金属化封盖处理。因为
用来清洗铜表面的化学物会残留在孔盖周边。
这些残留的化学物会腐蚀导通孔孔壁而使导通
孔开路。表面处理
之后的金属化封盖工艺由于
热外露会降低表面处理的效果(如OSP、浸银、
浸锡)，所以有必要烘烤导通孔封盖材料。
IPC-4761定义了7种现有的堵塞/封盖导通孔的
不同方法。见图5-7所示。重要的是要认识到，
导通孔保护的遮盖、堵塞和填充方式的选择将
会直接影响随后的组装过程。
IPC-4761除了定义7种导通孔保护方法，也阐述
了它们的利与弊。
优先选择已有的填充方式要
依据制造商和组装者的能力而定。为了避免组
装过程的复杂性，从事制造过程的所有人员懂
得如何权衡这些选项是必须的。
对于HASL处理的印制板来说，焊 料 镀层可以有
效防止焊盘表面由于化学药水的侵蚀受到损伤。
HASL表面处理也增加孔壁的总厚度。应该要注
意的是，在 填充前已被焊料覆盖的导通孔，其焊
料层在反面过再流焊时会融化。其结果是造成
填充材料
松脱。在某些情况下，制造过程中过
多的焊料涂层厚度或焊料聚集在孔内，焊料可
能会排出气体和飞溅，或从保留的出口排出。
5.5 热扩散结构整合(例如，⾦属芯板) 当结
构、散热或电气要求有规定时，一种导电限制芯
片或金属芯可以植入到有机基材中形成新的结
构。推荐将板子线路层布局成关于金属芯对称。
也可制作成关于金属芯非对称的结构(例如，金
属芯两侧有不同数量的层压板数)；但是穿过整
个层叠的
镀通孔可能会降低可靠，因为金属芯
或限制芯片的两侧膨胀不一致。见图5-8。
非对称设计的优点是可以从机械性能和/或需要
散热的区域中独立出电气性能和功能。其中的
缺点是板子和金属芯材料的热膨胀系数的显著
差异。在组件焊接/再流焊作业过程中，或当系
统在运行并外露于变化过大的工作温度时，电
路板可能会产生扭曲。
可通过在互连产品的背面增加铜平面来得到一
些补偿。增 加 的 铜平面会使膨胀系数稍
微增
加，且会使焊接更困难，因为焊接的时候需要
更多的热能以保证焊点的形成。一个正面的影
响就是增强了热传导性。
5.5.1 层压顺序 最理想的结构是电路板层关
于位于板子中心的金属芯对称。如果这样，单
个多层电路板可以分开生产，它们都有各自的
层压顺序。例如：生产一个四层板，该板有导
通孔贯穿整个四层，这可以直接复制到芯板另
一侧。
为满足在已选和可用范围
内的机械约束，多层
板金属芯的总厚度一般大约应该为整个板厚度
的25％。限制的金属芯板常被使用，因为芯片
层可以通过显影、蚀刻然后连接到镀通孔。较
表5-3 导通孔填充/掩盖对表⾯处理的⼯艺评估
表⾯处理 盖孔灌淹⾦属覆盖 塞孔 侵⼊
HASL 可行 合格 可行 可行 可行
OSP 可行 不推荐 可行 可行 可行
EIG 可行 合格 可行 可行 可行
ImAg 可行 不推荐 可行 可行 可行
ImSn 可行 不推荐 可行 可行 可行
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