盘中孔工艺有什么作用？哪些BGA封装需要使用？

盘中孔是将过孔直接设置在元器件焊盘内部的PCB设计与制造工艺，英文称为Via-in-Pad。它可以缩短焊盘到内层线路的连接距离，释放BGA器件下方的布线空间，适合细间距、高引脚数和高密度BGA封装。

对于需要直接焊接元器件的盘中孔，通常不能保留为空孔，而是要经过树脂塞孔或填铜、电镀盖帽和平整处理。这类完整工艺也常被称为VIPPO，即Via-in-Pad Plated Over。否则，回流焊过程中锡膏可能流入孔内，造成少锡、空洞、虚焊或器件偏移。

盘中孔是否必须使用，不能只看BGA名称，需要结合焊球间距、焊盘直径、引脚数量、扇出层数、线宽线距和板卡尺寸综合判断。

一、什么是盘中孔？

传统BGA扇出通常采用“狗骨式”结构：从BGA焊盘引出一小段线路，再在焊盘旁边设置过孔。盘中孔则将过孔直接放在BGA焊盘中心或焊盘范围内，使信号、电源或地网络从焊盘直接进入内层。

常见盘中孔结构包括：

BGA焊盘内激光盲孔；

QFN散热焊盘内导热孔；

MOSFET功率焊盘内过孔；

通孔盘中孔；

树脂塞孔并电镀盖帽；

激光微孔填铜盘中孔；

多层填铜叠孔盘中孔。

在HDI PCB中，最常见的是BGA焊盘内激光微盲孔。微孔通常连接外层与相邻内层，例如L1—L2，再根据布线需要与错位孔或叠孔组合。

二、盘中孔有什么作用？

1. 解决细间距BGA扇出问题

BGA焊球间距不断缩小后，相邻焊盘之间能够通过的线路数量也随之减少。传统狗骨式扇出需要同时容纳焊盘、引出线、过孔焊盘和安全间距，可能无法在有限空间内完成设计。

盘中孔将过孔设置在焊盘内，可以省去焊盘外侧的过孔空间，使BGA内圈信号直接进入内层。

2. 提高PCB布线密度

盘中孔减少了独立过孔焊盘和扇出线占用的面积，可以在相同PCB尺寸内布置更多线路与器件，适合智能手机、通信模组、汽车域控制器和微型医疗设备等空间受限产品。

3. 缩短信号连接路径

传统扇出需要先从焊盘引出一段线路，再进入过孔。盘中孔可以从焊盘直接换层，减少扇出线长度。

对于高速信号，较短的互连路径有助于减少寄生参数和不必要的阻抗变化，但最终性能仍取决于微孔、焊盘、反焊盘、参考平面和回流路径设计。

4. 改善电源和接地连接

处理器、FPGA和电源芯片通常具有大量电源及接地焊球。盘中孔可以让这些焊球直接连接到内部电源层或地层，缩短电流路径，降低部分连接电感和电阻。

对于大电流网络，需要使用多个过孔共同分流，不能认为一个盘中孔就能满足所有载流要求。

5. 帮助功率器件散热

QFN、DFN、功率MOSFET和电源模块底部经常设置大面积散热焊盘。在散热焊盘中布置导热过孔，可以将热量传递到内层或底层铜面。

不过，这类“散热盘中孔”与细间距BGA盘中微盲孔的设计目标不同。散热过孔重点关注热传导、锡膏流失和过孔数量，BGA盘中孔则更重视扇出密度、焊盘平整度和焊点可靠性。

三、哪些BGA封装需要使用盘中孔？

没有一条适用于所有PCB的固定规则。BGA是否需要盘中孔，主要取决于焊球间距和传统扇出方式能否满足设计。

BGA焊球间距     盘中孔使用建议        常见情况

1.00mm及以上    通常不必使用         多数可以采用普通通孔狗骨扇出

0.80mm       多数可不使用          高引脚数或板面受限时可评估

0.65mm       根据焊盘和线宽线距评估   内圈较多时可能需要局部盘中孔

0.50mm       通常建议重点评估       常采用激光微孔或盘中孔

0.40mm       多数情况下需要         普通机械孔扇出空间通常不足

0.35mm及以下   通常需要高密度HDI方案    可能涉及任意层互连或mSAP

上述范围只是前期判断。相同焊球间距下，焊盘大小、BGA行列数、空脚分布、信号数量和PCB板厂线宽线距能力不同，最终扇出方案也可能不同。

四、0.8mm间距BGA需要盘中孔吗？

多数0.8mm间距BGA可以使用普通狗骨式扇出，将过孔设置在相邻焊盘之间，不一定需要盘中孔。

但在以下情况下，仍可能使用盘中孔：

BGA引脚数量较多；

器件内部焊球排列密集；

PCB面积受到严格限制；

需要减少扇出层数；

高速信号要求缩短连接路径；

电源和地焊球数量较多；

普通机械孔焊盘无法放入焊球间隙；

需要从焊盘直接连接内层电源平面。

如果0.8mm BGA能够通过普通通孔完成扇出，通常优先选择工艺更简单、成本更低的方案。

五、0.65mm间距BGA需要盘中孔吗？

0.65mm属于需要结合具体结构评估的临界区间。部分BGA可以通过小机械孔或激光孔的狗骨式扇出完成，部分高引脚数封装则需要局部或全面采用盘中孔。

判断时应重点检查：

焊盘之间能否放置过孔；

相邻焊盘间能否通过一根或多根线路；

内圈信号需要多少层才能扇出；

最小线宽线距是否具有稳定量产能力；

过孔焊盘是否会侵占阻焊桥；

电源和地焊球能否直接连接平面层。

如果普通扇出需要采用过于极限的线宽线距，使用盘中微孔可能具有更好的综合制造窗口。

六、0.5mm和0.4mm间距BGA为什么常用盘中孔？

当BGA间距缩小至0.5mm或0.4mm时，相邻焊盘之间的空间非常有限。传统机械过孔的孔径和焊盘尺寸通常难以放入焊盘间隙，狗骨式引出线也可能无法保留足够的铜间距与阻焊桥。

采用盘中激光微孔后，可以将：

外圈信号留在表层；

次外圈信号通过L1—L2微孔进入第二层；

更内圈信号通过二阶或三阶HDI进入更深信号层；

电源和地焊球直接连接内部平面；

多组高速差分信号按不同积层分配。

因此，0.5mm及以下BGA往往与一阶、二阶、三阶或Any-layer HDI共同设计。

七、哪些具体器件经常使用盘中孔？

高引脚数处理器和SoC

移动处理器、汽车座舱芯片、辅助驾驶处理器和边缘AI芯片通常具有较多信号、电源及接地焊球，需要通过盘中孔提高扇出密度。

FPGA和高速通信芯片

高端FPGA、网络交换芯片和高速接口芯片的BGA引脚数量多，并包含大量高速差分信号。盘中孔可以减少器件下方的布线拥堵。

DDR、存储和嵌入式处理模块

部分存储器、处理器模组和高密度存储封装间距较小，可能需要盘中微孔实现紧凑互连。不过，具体是否需要仍取决于封装推荐设计和PCB叠层。

智能手机及穿戴设备芯片

移动终端内部空间有限，主处理器、电源管理、存储和通信芯片通常采用高密度封装，是盘中孔和任意层HDI的主要应用场景。

QFN、DFN和功率器件

这类器件底部散热焊盘中可以设置导热过孔，将热量传递到其他铜层。为避免锡膏流失，过孔可以采用填孔、塞孔或从背面设置等方案。

八、盘中孔有哪些常见工艺？

1. 激光微孔填铜

先使用激光在焊盘内形成微孔，再通过沉铜和电镀将孔填实。这是HDI BGA盘中孔的常见工艺，适合小孔径、浅孔深和相邻层互连。

2. 树脂塞孔加盖帽电镀

机械通孔或较大过孔先进行孔壁金属化，再使用树脂填充孔内部，随后研磨平整并在表面电镀盖帽铜层。

这种方式适合机械孔盘中孔，也称POFV或VIPPO工艺的一种常见形式。

3. 导电材料填孔

部分特殊产品可能使用导电填孔材料，但其热膨胀、导电性、可靠性和成本需要专项评估。普通BGA盘中孔更常见的是填铜或树脂塞孔后盖帽。

4. 普通开口盘中孔

过孔直接设置在焊盘内，但不进行填孔和盖帽。这种结构成本较低，却容易在焊接时吸走锡膏。除非经过钢网开口、焊接工艺和可靠性验证，否则不建议用于细间距BGA焊盘。

九、VIPPO与普通盘中孔有什么区别？

Via-in-Pad描述的是孔的位置，即过孔位于焊盘内；VIPPO则强调过孔经过填充并在表面电镀覆盖，使其形成可焊接的平整焊盘。

对比项目     普通开口盘中孔     VIPPO盘中孔

孔内状态     可能为空孔        填铜或树脂填充

表面状态     孔口可见         经过盖帽电镀并平整

锡膏流失风险   较高           较低

BGA焊接适应性  较差            较好

制造成本     较低           较高

典型应用     特殊非关键焊盘    细间距BGA、QFN和高可靠产品

对于需要直接形成BGA焊点的盘中孔，通常应采用填孔及盖帽处理，而不是简单在焊盘中开一个空孔。

十、盘中孔的生产流程是什么？

典型机械孔VIPPO流程包括：

钻孔；

除胶和沉铜；

孔壁电镀；

树脂塞孔；

固化；

表面研磨；

盖帽电镀；

外层线路制作；

阻焊和表面处理；

电测、切片及品质检查。

激光微孔填铜流程则通常包括激光钻孔、等离子清洁或除胶、沉铜、填孔电镀和表面铜层处理。不同HDI阶数可能需要多次重复压合、激光钻孔和填孔流程。

十一、盘中孔设计需要注意什么？

1. 明确孔径和焊盘尺寸

激光微孔孔径应与积层介质厚度匹配，并预留足够的焊盘环宽。常见微孔为0.075～0.15mm，但具体尺寸必须结合PCB厂家能力确定。

2. 控制微孔纵横比

微孔过深、孔径过小，会增加孔底清洁、沉铜和填孔难度。设计时应控制孔深与孔径比例，并尽量采用相邻层微孔互连。

3. 微孔尽量位于焊盘中心

孔偏向焊盘边缘会降低一侧有效环宽，叠加激光钻孔和层间对位偏差后，可能造成破盘或连接面积不足。

4. 明确填孔与盖帽要求

生产文件应注明：

激光孔填铜；

机械孔树脂塞孔；

是否盖帽电镀；

表面凹陷要求；

是否允许空洞；

成品表面处理；

盘中孔所在层次。

仅在Gerber中画出孔和焊盘，不能完整表达盘中孔工艺要求。

5. 控制填孔凹陷和凸起

盘中孔表面不平整可能造成锡膏厚度不均、焊球受力异常或器件倾斜。细间距BGA应对填孔凹陷、铜帽和平整度提出明确要求。

6. 检查阻焊定义方式

BGA焊盘可以采用阻焊定义焊盘或非阻焊定义焊盘，两种方式对阻焊开窗、焊盘尺寸和焊点可靠性影响不同。应参考芯片厂封装指南和SMT能力确定。

7. 注意叠孔可靠性

如果盘中孔下方继续设计多层叠孔，下层微孔必须先完成可靠填铜。连续叠孔层数越多，累积对位和热应力风险越高。

8. 考虑高速信号回流路径

高速信号通过盘中孔换层时，应检查参考平面是否同时发生变化。必要时在信号孔附近设置接地微孔，保证高频回流路径连续。

十二、QFN散热焊盘内的过孔应该怎么处理？

QFN、DFN和功率器件底部散热焊盘通常需要通过过孔将热量传到内层或底层铜面，但开口过孔可能吸走大量焊锡。

可采用以下方案：

使用树脂塞孔并盖帽；

使用填铜微孔；

从PCB背面塞孔；

缩小孔径并优化钢网开口；

将过孔避开主要锡膏区域；

采用分格钢网减少焊料漂移；

通过X-Ray检查焊点空洞。

散热孔数量不是越多越好。过孔过密会增加锡膏流失和焊点空洞风险，应结合器件功耗、铜面积和热仿真确定。

十三、盘中孔会带来哪些风险？

填孔空洞

电镀或塞孔过程中，如果孔内存在气泡或填充不完整，可能降低导电、导热和机械可靠性。

铜帽凹陷或开裂

填孔材料与铜的热膨胀系数不同，多次回流或温度循环后，盖帽铜层可能出现凹陷、裂纹或界面分离。

焊点空洞

盘中孔表面不平整、填孔异常或镀层处理不当，可能增加BGA焊点空洞。

层间对位偏差

微孔偏离目标焊盘后，孔底有效连接面积减少，可能在热冲击后发生开路。

成本和交期增加

盘中孔需要增加填孔、研磨、盖帽、电镀和检测工序，多阶叠孔还会增加压合次数，因此成本通常高于普通狗骨式扇出。

十四、怎样判断是否真的需要盘中孔？

可以按以下顺序评估：

查看BGA焊球间距、焊盘尺寸和引脚排列；

计算相邻焊盘之间能够通过几根线路；

判断普通机械孔能否放在焊盘间隙；

统计需要从BGA内部扇出的信号数量；

确定可使用的信号层数量；

检查PCB外形是否允许扩大；

比较普通狗骨扇出、激光孔扇出与盘中孔方案；

结合成本和可靠性选择最低复杂度结构。

如果普通通孔或焊盘外激光孔能够完成扇出，就不一定需要盘中孔。如果不用盘中孔会导致线宽线距过于极限、层数明显增加或BGA内圈无法引出，则盘中孔更有价值。

十五、生产文件需要提供哪些信息？

盘中孔项目建议提供：

BGA封装和焊球间距；

焊盘直径；

盘中孔孔径；

激光孔或机械孔类型；

每组孔的起止层；

填铜或树脂塞孔要求；

盖帽电镀要求；

允许的表面凹陷及空洞标准；

叠孔或错位孔关系；

完整HDI叠层；

铜厚和成品板厚；

阻焊开窗方式；

表面处理方式；

可靠性及切片要求。

聚多邦可支持1～5阶HDI、Any-layer任意层互联、盘中孔、填铜叠孔和机械盲埋孔等工艺，激光微孔范围为0.075～0.15mm。针对细间距BGA，可结合焊盘、孔径、线宽线距、积层介质和扇出层数进行DFM评估。

需要注意，PCB厂家的DFM主要确认盘中孔结构能否制造，BGA焊接效果还需要结合钢网设计、锡膏、回流曲线、贴装精度和X-Ray检测进行验证。

常见问题

1. 0.8mm BGA一定要做盘中孔吗？

通常不一定。多数0.8mm BGA可以采用普通狗骨式扇出，但高引脚数或板面空间受限时可以评估盘中孔。

2. 0.5mm BGA必须使用盘中孔吗？

不一定绝对必须，但0.5mm间距下传统机械孔扇出空间通常比较紧张，因此经常采用激光微孔、盘中孔或其他HDI方案。

3. 盘中孔可以不塞孔吗？

如果孔位于实际焊接焊盘内，通常建议进行填孔和盖帽处理，否则可能出现锡膏流失和焊点缺陷。特殊开口设计需经过SMT验证。

4. 盘中孔填铜和树脂塞孔有什么区别？

填铜通常用于小孔径激光微孔，导电和导热路径较直接；树脂塞孔加盖帽多用于机械孔。具体方案取决于孔径、孔深、板厚和可靠性要求。

5. 盘中孔能提高散热吗？

填铜微孔或金属化过孔可以将热量传递到内部及底层铜面，但散热效果还取决于孔数量、铜面积、板材和外部散热结构。

6. 盘中孔越多越好吗？

不是。盘中孔会增加成本、填孔难度和焊点风险，应只在布线、电源、接地或散热确有需要的位置使用。

结语

盘中孔的主要作用，是提高BGA扇出密度、释放布线空间、缩短信号路径，并改善电源、接地和散热连接。0.8mm间距BGA通常可以采用普通扇出；0.65mm需要根据封装和设计规则评估；0.5mm及以下BGA则更常使用激光盘中孔和HDI结构。

盘中孔并不是所有BGA的标准配置。合理做法是先验证普通狗骨式扇出是否可行，再根据板卡尺寸、布线层数和制造能力决定是否采用盘中孔。对于需要直接焊接的Via-in-Pad，应重点控制填孔、盖帽、平整度和焊接可靠性。