Wird das BGA-Raster enger, bleibt zwischen den Pads kein Platz für Dog-Bone-Fan-out. Das Via wandert in das Pad: Via-in-Pad. Weil die Bohrung in einer Lötfläche liegt, würde Lotpaste beim Reflow hineinlaufen. Die Bohrung muss deshalb gefüllt, eingeebnet und mit Kupfer überplattiert werden, damit das Pad wieder eine geschlossene, lötbare Kupferfläche ist. IPC-4761 führt diese Struktur als Typ VII (gefüllt und abgedeckelt).
Die Füllverfahren von SKPCB beschreibt die Seite Leiterplatte mit harzgefüllten Vias. Abnahmekriterien und Lunkerbewertung behandelt Abnahmeprüfung harzgefüllter Vias. Hier geht es nur um Reihenfolge, Designvorgaben und SMT-Fehlerbilder.
Sechs Schritte und ihre Vorgaben
| Schritt | Zweck | Vorgabe des Designers | Fehlerbild in der SMT |
|---|---|---|---|
| 1 Bohren | Durchgangs-, vergrabene oder Laservias erzeugen | Bohrdurchmesser, Position, welche Vias im Pad liegen | Via bricht aus dem Pad aus, Pad unvollständig |
| 2 Durchkontaktierung | Kupfer auf die Bohrungswand | Hülsenkupfer, Leiterplattendicke | Dünne Hülse reißt beim Reflow |
| 3 Harzfüllung | Bohrung mit Harz füllen | Liste der zu füllenden Vias, Verfahren | Lunker gasen aus, Voids in der Lötstelle |
| 4 Aushärten und Einebnen | Harz aushärten, bündig schleifen | Ebenheitsanforderung | Senke oder Erhebung, Pastenvolumen und Koplanarität gestört |
| 5 Überplattieren | Kupferdeckel über dem Harz | Deckel gefordert ja/nein, Oberfläche | Deckel löst sich von der Hülse, Pad hebt ab |
| 6 Außenlage und Lötstopp | Pads und Lötstoppmaske erzeugen | Padgröße, Maskenöffnungen | Padmaß abweichend, Brücken oder zu wenig Lot |
Füllverfahren: Siebdruck oder Vakuum
SKPCB bietet konventionelle Siebdruck- und Vakuum-Harzfüllung. Beim Siebdruck wird Harz über ein Sieb in die Bohrung gedrückt; das passt zu üblichen Durchmessern und Dicken. Bei kleinen Bohrungen, dicken Leiterplatten oder tiefen Vias entweicht die Luft schlecht, Blasen können bleiben. Die Vakuumfüllung arbeitet unter Unterdruck; die Anlage von SKPCB erreicht einen Absolutdruck unter 50 Pa.
Die Wahl hängt von Durchmesser, Dicke, Via-Anzahl und Zuverlässigkeitsanforderung ab. Die Anlage muss der Designer nicht vorgeben, wohl aber angeben, welche Vias Via-in-Pad sind und welche nur gefüllt werden.
Das Einebnen bestimmt die Padebenheit
Ausgehärtetes Harz steht über oder liegt unter der Bohrungskante und muss bündig geschliffen werden. SKPCB ebnet keramisch ein. Dabei muss überschüssiges Harz weg, ohne Bohrungsrand oder Oberflächenkupfer auszudünnen.
Dieser Schritt legt die Ebenheit der BGA-Pads fest. Eine Senke dünnt die Paste über dem Via aus, eine Erhebung hebt die Kugel an. Beides zeigt sich als Koplanaritätsproblem oder Void.
Überplattieren und HDI-Aufbaufolge
Das Überplattieren folgt dem Einebnen und liegt vor der Außenlagenstrukturierung. Im HDI-Aufbau treten Füllen und Deckeln an zwei Stellen auf:
- Vergrabene bzw. Kern-Vias: vor der nächsten Verpressung gefüllt und eingeebnet, sonst sinkt das Aufbaudielektrikum in die Bohrung;
- Außenliegendes Via-in-Pad: nach dem letzten Aufbau; das Deckelkupfer wird Teil des BGA-Pads.
SKPCB fertigt HDI von 1+N+1 bis 5+N+5 und 4–20 Lagen, mit 0,075-mm-Laservias und ±25 µm Lagenversatz; siehe HDI-Leiterplatte. Mehr Aufbauzyklen bedeuten mehr Füll- und Einebnungsrunden; siehe Sequentielle Laminierung bei HDI.
Kennzeichnung in den Designdaten
- Zu füllende Vias in der Bohrtabelle oder einer eigenen Lage auflisten und „Via-in-Pad, gedeckelt“ von „nur gefüllt, ohne Deckel“ trennen;
- Strukturtyp in den Fertigungshinweisen nennen, etwa IPC-4761 Typ VII;
- BGA-Bereich und Padgröße markieren, damit die Fertigung Via und Pad abgleichen kann;
- Oberfläche und eventuelle Impedanzvorgaben angeben, weil beide Kupferdicke nach dem Deckeln und Leiterbreitenkompensation beeinflussen;
- Prüfumfang festlegen. SKPCB kann Sicht-, Elektro- und Schliffprüfung kombinieren.
Zusammenfassung
Ein Via-in-Pad durchläuft Bohren, Hülsenkupfer, Füllen, Einebnen, Deckeln und Außenlage, bevor es lötbar ist. Das Füllverfahren bestimmt Lunker, das Einebnen die Padebenheit, der Deckel die Padintegrität. Bei HDI wiederholen sich diese Schritte je Aufbauzyklus; die Designdaten sollten daher die Behandlung jedes Vias festlegen.
FAQ
F: Warum muss ein Via-in-Pad gefüllt werden?
A: Ohne Füllung läuft Lotpaste in die Bohrung; Folge sind zu wenig Lot und Voids. Füllen und Deckeln stellen eine geschlossene Kupferfläche her.
F: Siebdruck oder Vakuumfüllung?
A: Das hängt von Durchmesser, Dicke und Zuverlässigkeitsanforderung ab. Kleine Bohrungen und dicke Leiterplatten halten Luft leichter fest und sprechen für Vakuum; die SKPCB-Anlage arbeitet unter 50 Pa absolut.
F: Wann wird überplattiert?
A: Nach Aushärten und Einebnen des Harzes, vor der Außenlagenstrukturierung.
F: Müssen vergrabene Vias bei HDI auch gefüllt werden?
A: In der Regel ja, vor der nächsten Verpressung, damit kein Aufbaudielektrikum einsinkt. Die Bestätigung erfolgt je Lagenaufbau.
F: Wie zeigen sich Via-in-Pad-Fehler in der SMT?
A: Typisch als Voids, zu wenig Lot über einer Senke, Koplanaritätsprobleme durch Erhebungen und abhebende Pads durch gelöste Deckel.
F: Was fehlt in den Designdaten am häufigsten?
A: Die klare Trennung zwischen gedeckelten und nur gefüllten Vias sowie Strukturtyp und Prüfanforderung.