本章讲解创建BGA(球阵列)封装的连接盘图形库的注意点,并说明与PCB加工的关联。
BGA封装的脚距,早期是1.5mm,很快减少到1.27mm(50mil)并持续了15年左右。1990年代,脚距1.0mm开始普及,之后每隔几年就会出现更小一点的脚距。如今,0.4mm脚距的BGA封装已经在移动电话中大量使用。可以预见,BGA封装还会更加小型化。BGA引脚示意图如图1。
非塌陷型和塌陷型焊球
实物照片见图2.
非塌陷型BGA一般脚距为0.5mm及以下,连接盘/焊盘比球大一点,当在盘上放过孔时,仍然可以留下足够的环宽。阻焊开窗尺寸可以和连接盘相同。推荐使用阻焊定义焊盘技术——阻焊材料会稍稍覆盖连接盘的边沿。这样做的最大好处是增加焊盘附着力,并且可以防止桥连。
手机跌落测试显示,BGA焊点的强度比连接盘和PCB半固化片之间的附着力要强一些(跌落实验显示,BGA焊点断裂之前,无阻焊附着的连接盘会从PCB表面剥离)。因此,如果用阻焊定义焊盘技术设计连接盘,那么连接盘和PCB之间附着力会增加。
塌陷型BGA一般脚距为0.65mm及以上,连接盘/焊盘比球小一点,这样焊球塌陷时,可以填充在焊盘周围。这种连接盘不要使用阻焊定义焊盘技术,阻焊开窗尺寸必须大于连接盘的尺寸。
塌陷型焊球连接盘/焊盘的尺寸
IPC-7351B标准定义了塌陷型BGA的连接盘/焊盘尺寸,摘录见表1。表格中给出了缩减比例/Reduction和相应的装配密度。装配密度不但影响缩减比例,还直接关系到放置余量,见表3。对于BGA设计,IPC-7351B总是使用最大材料条件MMC,所以不使用标称连接盘直径(Nominal Land Diameter),而是用连接盘直径范围的最大值,在表格中加粗表示。
表1中,焊球直径以0.05mm为单位变化,脚距不小于0.5mm。虽然工业标准试图按0.05mm为单位规定焊球直径,但是有的器件制造商以0.01mm为单位设计焊球,好在脚距还是以0.05mm为单位设计。总之,BGA连接盘尺寸按0.05mm为单位变化,同样地,过孔扇出焊盘栈,通孔尺寸也都是如此。
IPC-7351B标准同样根据焊球大小定义了非塌陷型BGA的连接盘/焊盘尺寸,见表2。对于BGA设计,IPC-7351B总是使用最大材料条件(Maximum Material Condition),所以不使用标称连接盘直径(Nominal Land Diameter),而是用连接盘直径范围的最大值,在表格中加粗表示。
图3是一个示例,BGA封装脚距是0.5mm,使用无铅焊接工艺和盘中孔技术。请注意,这个连接盘没有缩减尺寸,而是增大尺寸以容纳更多的焊锡来形成焊点。这是电子行业的新做法,适用于无铅工艺,也适用于窄脚距BGA器件布线所用的盘中孔技术。
放置余量
推荐放置余量为0.5mm。为了给BGA维修余留足够的空间,IPC-7351B标准给出了根据焊球直径计算放置余量的规则,如表3。BGA的焊球越大,维修设备就越大,才能解焊(Unsolder)更多的焊锡。
小焊球的放置余量较小,维修需要的空间也较小。不过,用户遇到BGA焊接不良时可能不会去修。这时就没有必要预留维修空间了。
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