bga焊盘设计的工艺性要求

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1、BGA焊盘设计的工艺性要求引言设计师们在电路组件选用BGA器件时将面对许多问题；印制板焊盘图形，制造成本，可加工性与最终产品的可靠性。组装工程师们也会面对许多棘手问题是;有些精细间距BGA器件甚至至今尚未标准化，却已经得到普遍应用。本文将要阐述是使用BGA器件时，与SMT组装工艺一些直接相关的主要问题（特别当球引脚阵列间距从1.27mm减小到0.4mm）,这些是设计师们必须清楚知道。使用BGA封装技术取代周边引脚表贴器件，出自于为满足电路组件的组装空间与功能的要求。例如周边引脚器件QFP，引脚从器件封装实体4条周边向外伸

2、展。这些引脚提供器件与PCB间的电路及机械的连接。BGA器件的互连是通过器件封装底部的球状引脚实现的（如图1所示）。球引脚可由共晶Pb/Sn合金或含90%Pb的高熔点材料制成。图1从QFP至WS-CSP封装演变,芯片与封装尺寸越来越小。一般BGA器件的球引脚间距为1.27mm(0.050″)—1.0mm(0.040″)。小于1.0mm(0.040″)精细间距,0.4mm(0.016″)紧密封装器件已经应用。这个尺寸表示封装体的尺寸已缩小到接近被封装的芯片大小。封装体与芯片的面积比为1.2:1。此项技术就是众所周知的芯片级

3、封装（CSP）或称之为精细间距BGA（FBGA）。芯片级封装的最新发展是晶圆规模的芯片级封装（WS-CSP），CSP的封装尺寸与芯片尺寸相同。BGA封装的缺点是器件组装后无法对每个焊点进行检查，个别焊点缺陷不能进行返修。有些问题在设计阶段已经显露出来。随着封装尺寸的减少，制造过程的工艺窗口也随之缩小。周边引脚器件封装已实现标准化，而BGA球引脚间距不断缩小，现行的技术规范受到了.限制，且没有完全实现标准化。尤其精细间距BGA器件，使得在PCB布局布线设计方面明显受到更多的制约。综上所述，设计师们必须保证所选用的器件封装形

4、式能够SMT组装的工艺性要求相适应。通常，制造商会对某些专用器件提供BGA印制板焊盘设计参数，于是设计师只能照搬,使用没有完全成熟的技术。当BGA器件尺寸与间距减小，产品的成本趋于增高，这是加工与产品制造技术高成本的结果。设计师必须对制造成本，可加工性与可靠性进行巧妙处理。为了支持BGA器件的基本物理结构，必须采用先进的PCB设计与制造技术。信号线布线原先是从器件周边走线，现应改为从器件底部下面PCB的空闲部分走线,这球引脚间距大的BGA器件并不是难题，球引脚阵列的行列间有足够的信号线布线空间。但对球引脚间距小的BGA器

5、件，球引脚间内部信号只能使用更窄的导线布线（图2）。图2板面走线的焊盘图形设计 阵列最外边行列球引脚间的空间很快被走线塞满。导线的最小线宽与间距是由电性能要求与加工能力决定，所以这种布线设计的导线数量是有限制的。为解决导线与线距问题，可以结合其他一些设计方法，其中包括狗骨通孔焊，通孔焊盘图形设计（图3/图4）；图3狗骨通孔，通孔焊盘图形图4狗骨通孔，通孔焊盘截面图示狗骨通孔图形的导线走向连接空孔或印制板直通孔。通孔镀复导电层，提供与内层布线连接构成通路。另一种变形的狗骨通孔图形是通孔焊盘图形，从印制板顶面与第二层或第三层

6、钻孔相通，镀复导电层构成通路，这两种图形的连线方法使得信号直接由焊盘与内层相连接。看起来这种图形连接方法简单，却直接受到加工能力，制造成本与组装工艺等因素的制约。上述讨论的导线与线距问题，并非所有制造商都有能力解决这些设计问题。PCB上的电学与非电特征图形的位置配准成为关键要素，包括制造工艺的可靠性。例如；阻焊膜层的对准是极其重要的，阻焊层不能超出设计要求而侵入焊盘图形，大尺寸面积PCB板的阻焊膜层对准难度增加,也驱动了制造成本的升高。表1概括PCB狗骨通孔/通孔焊盘图形设计的比较； 设计狗骨通孔通孔焊盘使用类型球引脚间

7、距≥0.75mm球引脚间距≤0.75mm优点宽间距大尺寸BGA减少互连层数缺点通孔成形加工与PCB厚度，及通孔直径/孔高比相关激光钻孔，制造过程可靠性变化成本中等，当器件尺寸小，PCB厚度增加时，成本提高高等，小批量加工需要技术与能力限制性受印制板厚度，焊盘间的间距空间限于1-2层PCB制造产能优良，图形细节可靠稳定清晰，依赖于激光打孔与电镀工艺的精度组装因素返工——通孔与焊盘间的连线可靠如通孔形装太圆，一般会增加空隙焊接可靠性优良，技术成熟，工艺参数控制适宜，一些未知因素表1狗骨通孔/通孔焊盘设计的比较印制板SMT组装

8、工艺PCB组装工艺直接或间接受到BGA器件，及BGA贴装随之带来印制板设计要素变化的影响。使用先进BGA器件需要采用更为复杂的组装技术。这些组装技术能经受过程优化，例如焊膏印刷模板设计必许满足焊膏转印量的一致性要求。如贴装设备的视觉系统不能胜任BGA球引脚阵列器件贴装要求,SMT组装设备需要更新升级，。有关BGA器件