Bagi kebanyakan BGA padat halus, pad NSMD (non-solder-mask-defined) adalah tetapan lalai yang lebih baik. Tembaga menentukan saiz land, pateri membalut tepi pad, dan sambungan biasanya tahan lebih lama di bawah kitaran terma. Pad SMD masih mempunyai kegunaannya pada komponen yang lebih besar dalam produk yang kerap terjatuh atau dibengkokkan, serta pada bola sudut. Via-in-pad berbaloi untuk digunakan apabila via jenis dog-bone tidak lagi muat di antara bebola, yang biasanya berlaku sekitar padang 0.5 mm. Apabila anda menggunakannya, via tersebut mesti diisi dan disalut semula di bahagian atas, tidak boleh dibiarkan terbuka.
Apakah perbezaan sebenar antara pad SMD dan NSMD?
Perbezaannya ialah lapisan mana yang mentakrifkan pad. Pada pad SMD, ia adalah bukaan topeng pateri. Pada pad NSMD, ia adalah kuprum.
Dengan SMD, tembaga dilukis lebih besar daripada pad yang anda inginkan, dan topeng bertindih dengan tepinya. Solder hanya membasahi permukaan atas yang terdedah. Dengan NSMD, tembaga ialah pad itu sendiri, dan bukaan topeng ditarik ke belakang sehingga satu cincin nipis laminat terdedah kelihatan mengelilinginya. Solder membasahi bahagian atas dan dinding sisi tembaga.
Satu perincian geometri itu sendiri mendorong hampir setiap pertukaran lain, termasuk di mana sendi tersebut akan patah apabila ia akhirnya gagal.
| Pad SMD | pad NSMD | |
|---|---|---|
| Apa yang mentakrifkan tanah | Bukaan topeng pateri | Penggoresan kuprum |
| Kenalan pateri | Hanya permukaan atas sahaja | Permukaan atas serta dinding sisi tembaga |
| Keluasan tanah dikawal oleh | Pendaftaran dan pendedahan topeng | Toleransi etsa tembaga |
| Lekatan pad | Tindihan topeng menahan tepi pad ke bawah | Ikatan tembaga-ke-laminat sahaja |
| Di mana ia cenderung gagal | Dalam pateri berhampiran tepi topeng, selalunya pada lapisan intermetalik | Pengelupasan pad atau retakan laminat di bawah pad |
| Cetak tampal | Pertindihan topeng tertutup rapat pada stensil, jadi isipadu pes lebih konsisten | Kurang penggunaan gasket stensil; lebih banyak margin jika cetakan sedikit tersasar |
| Ruang penghalaan antara pad | Kurang (tembaga bersaiz terlalu besar) | Lebih banyak (tembaga ialah tanah itu sendiri) |
| Kerja Semula | Pad tahan daripada terangkat; pateri baki boleh berada di tepi pinggir topeng | Lebih mudah untuk melicinkan permukaan rata, tetapi pad lebih mudah terangkat jika terlalu panas |
Dua daripada baris ini patut diteliti dengan lebih dekat.
Keutamaan kepada toleransi. Pada pad SMD, salah jajaran topeng mengalih atau mengecilkan tanah itu sendiri. Pada pad NSMD, ia hanya mengubah lebar gelang kelegaan, selagi topeng tidak mendarat di atas tembaga. Sebab itulah tanah NSMD lebih konsisten antara bebola pada padat halus. Sebaliknya, NSMD meletakkan beban pada proses pematikan tembaga, jadi pad yang lebih kecil akibat variasi pematikan terus mempengaruhi sambungan.
Pencetakan pes patera yang kedua. SMD mempunyai kelebihan sebenar di sini yang sering diabaikan: bibir topeng membentuk rongga kecil yang ditutup rapat oleh stensil, jadi pelepasan pes cenderung lebih konsisten. Jika anda memilih NSMD pada padang yang sangat halus, reka bentuk apertur dan tetapan cetakan menjadi lebih penting. Kelegaan minimum topeng untuk mengelilingi pad NSMD bergantung pada binaan papan, jadi sahkan dengan pasukan kejuruteraan kami sebelum anda memuktamadkan jejak pustaka.
Yang mana yang harus anda pilih untuk pembentangan anda?
Mulakan daripada pola tanah vendor pakej, anggap NSMD sebagai lalai, dan tukar kepada SMD hanya apabila anda mempunyai sebab mekanikal atau pencetakan.
Kebanyakan helaian data BGA memberikan diameter pad dan bukaan topeng yang digunakan vendor untuk mengesahkan komponen tersebut, kadangkala dalam kedua-dua versi SMD dan NSMD. Gunakan nombor-nombor tersebut dan bukannya jejak perpustakaan generik. Jika helaian data tidak menyatakannya, titik permulaan biasa untuk NSMD ialah tanah kuprum kira-kira 20% lebih kecil daripada diameter bebola nominal, dengan IPC-7351 menskalakan pengurangan itu mengikut saiz bebola. Untuk SMD, kuprum biasanya dilukis hampir dengan diameter bebola dan bukaan topeng menyediakan pengurangan tersebut.
Dari situ, padang bunyi mengecilkan pilihan:
Pada 1.0 mm dan 0.8 mm, kedua-dua jenis sesuai. NSMD ialah lalai; SMD masuk akal apabila papan akan mengalami hentakan atau lenturan dan pengelupasan pad ialah kegagalan yang anda bimbangkan.
Pada 0.65 mm dan 0.5 mm, NSMD biasanya lebih sesuai kerana ruang penghalaan tambahan di antara pad ialah faktor yang menjadikan pelarian boleh dilakukan.
Pada 0.4 mm dan ke bawah, ikut helaian data dengan teliti. Sesetengah pakej peringkat wafer dan skala cip menetapkan NSMD dan sesetengah menetapkan SMD, kerana pada padang itu jarak topeng antara bukaan dan kebolehulangan pes boleh menjadi lebih penting daripada bentuk sambungan.
Jejak hibrid juga merupakan pilihan yang sah. Lenturan papan menumpukan tegangan pada sudut pakej, jadi menggunakan SMD untuk bebola di sudut (atau baris luar) dan NSMD di tempat lain akan mengukuhkan bahagian yang paling lemah tanpa mengorbankan ruang pemasaan di bahagian tengah.
Satu amaran praktikal. Kami kerap menerima fail Gerber di mana perpustakaan telah ditetapkan pengembangan topeng negatif secara tidak sengaja, yang secara senyap menukar jejak NSMD yang dikehendaki menjadi SMD. Tindihkan lapisan topeng dan tembaga pada setiap BGA sebelum keluaran, dan jika bahagian tertentu mesti kekal sebagai SMD, nyatakan begitu dalam nota fabrikasi mengikut penanda reka bentuk supaya tiada sesiapa “membetulkan” topeng semasa CAM. Pada FR4 standard, keupayaan fabrikasi kami merangkumi padang BGA hingga 0.2 mm, tetapi pada julat halus, jenis pad, fanout dan stackup merupakan satu keputusan, jadi hantarkan lukisan pakej bersama pertanyaan pertama anda.
Adakah jenis pad menentukan sama ada BGA dapat bertahan daripada jatuhan dan lenturan?
Tidak dengan sendirinya. Jenis pad mengubah lokasi sambungan gagal, tetapi jarang menentukan sama ada ia gagal apabila papan membengkok terlalu banyak.
Pad SMD menambatkan tembaga, jadi apabila terlebih beban, retakan cenderung melalui pateri. Sambungan NSMD mempunyai lebih banyak sentuhan pateri, jadi pateri memegang dengan lebih kukuh, dan titik lemah beralih ke ikatan pad-ke-lamina. Menukar satu dengan yang lain hanya mengubah lokasi kegagalan tanpa menghilangkan tegasan yang menyebabkannya.
Jika satu BGA kerap retak dalam ujian jatuhan atau getaran, periksa dahulu aspek mekanik: skru pemasangan atau penyambung yang dekat dengan pakej, jarak standoff, ketebalan papan, dan sama ada komponen tersebut memerlukan underfill atau ikatan sudut. Lubang melalui yang diisi dan ditutup di bawah pad NSMD boleh membantu sedikit, kerana tong bersalut mengikat pad pada papan, tetapi kami menganggapnya sebagai manfaat sekunder, bukan penyelesaian untuk lenturan papan.
Penyebaran tulang anjing atau via-dalam-pad?
Gunakan fanout dog-bone di mana sahaja geometri membenarkan, dan beralih kepada via-in-pad apabila lubang via dan padnya tidak lagi muat di antara empat bola sambil masih meninggalkan jejaring solder mask yang boleh digunakan.
Sambungan dog-bone meletakkan via di tengah empat pad dan menghubungkannya dengan jejakan pendek. Ruang yang ada ditentukan oleh pepenjuru, iaitu jarak pad dikali dengan √2. Tolakkan satu diameter pad daripada pepenjuru itu, dan baki ruang tersebut perlu memuatkan pad via serta jarak pelepasan di kedua-dua belah.
| Padang BGA | Serong (pitch × √2) | Titik permulaan untuk penyebaran |
|---|---|---|
| 1.0 mm | 1.41 mm | Dog-bone dengan via tembus adalah selesa |
| 0.8 mm | 1.13 mm | Tulang anjing masih berfungsi; semak melalui saiz pad berbanding saiz land |
| 0.65 mm | 0.92 mm | Tulang anjing adalah ketat; baris dalam mungkin tidak dapat melepaskan diri |
| 0.5 mm | 0.71 mm | Via dalam pad atau mikrovia laser untuk barisan dalaman, selalunya susunan HDI |
| 0.4 mm dan ke bawah | 0.57 mm atau kurang | Via dalam pad dengan mikrovias laser ialah laluan biasa |
Pic bukan satu-satunya pencetus. Susunan besar pada 0.8 mm boleh kehabisan saluran pelepasan untuk baris bahagian dalam walaupun setiap dog-bone individu muat. Via-in-pad juga memendekkan laluan dari bebola kuasa ke pelananya, yang membantu apabila induktans adalah kekangan sebenar.
Kos tambahan ialah langkah-langkah ekstra: penggerudian, pengisian, pelarasan satah dan penyaduran di atas isian tersebut. Via-in-pad pada BGA 1.0 mm jarang berbaloi kecuali jika anda memerlukannya untuk laluan keluar (escape) bagi susunan dalaman yang padat atau laluan kuasa berinduktans rendah. Pada 0.5 mm dan ke bawah, ia selalunya merupakan pilihan yang lebih murah secara keseluruhan, kerana alternatifnya ialah menambah lebih banyak lapisan. Pada FR4 standard kami menyokong via-in-pad, pemalapan resin dan via buta/tertimbus, dengan lubang gerudi laser serendah 4 mil, jadi anda boleh meletakkan microvia dalam pad pada bahagian berpadang halus dan mengekalkan via tembus di tempat lain.
Mengapa via dalam pad mesti diisi dan ditutup?
Lubang terbuka melalui via pada pad BGA menarik pateri menjauhi sambungan dan memerangkap gas, jadi via tersebut mesti diisi dan disadur semula untuk meratakan pad dan menjadikannya boleh dipateri semula.
Semasa reflow, pateri cair mengalir turun melalui tong lubang. Isipadu pes telah ditetapkan semasa percetakan, jadi apa sahaja yang hilang ke dalam lubang akan berkurang daripada sambungan. Akibatnya ialah sambungan kekurangan pateri, bebola yang cacat bentuk, atau sambungan terbuka berselang-seli yang muncul selepas beberapa kitaran terma. Fluks dan udara di dalam tong lubang merupakan masalah kedua: ia mengembang pada suhu reflow dan menolak masuk ke dalam bebola cair, yang menyebabkan terhasilnya rongga besar betul-betul di atas via. Tenting tidak membantu, kerana via terletak di dalam land.
Penyumbatan tanpa penutupan hanya menyiapkan separuh kerja. Resin tidak membasahi, jadi bebola jatuh pada titik yang tidak boleh disadur di tengah pad, dan sebarang lekuk yang tertinggal dalam isian menjadi poket rongga. Proses yang berkesan ialah mengisi dengan resin, meratakan permukaan, kemudian menyadur tembaga di bahagian atas, yang diterangkan oleh IPC-4761 sebagai via Jenis VII. Begitulah cara kami membinavia-dalam-pad: lubang tersebut disumbat dengan resin sebelum penyaduran kuprum, jadi pad siapannya rata dan boleh dipateri.
Letakkan dua perkara secara bertulis pada lukisan fabrikasi. Nyatakan rawatan dengan jelas, sebagai contoh “via-in-pad, IPC-4761 Jenis VII, isian resin tidak konduktif, dipelanarkan dan ditutup dengan tembaga.” Dan jika reka bentuk anda memerlukan had pada lekuk atau bonjolan di atas penutup tersebut, nyatakannya dan sahkan dengan pasukan kejuruteraan kami bahawa ia sesuai dengan binaan tersebut. Untuk mikrovia laser, via berisi tembaga ialah satu alternatif; sama ada ia sesuai dengan susun lapis anda juga perlu disahkan dengan pasukan kejuruteraan kami.
Bagaimanakah kita mengesahkan sambungan BGA selepas reflow?
Kami mengesahkan sambungan BGA dengan sinar-X kerana tiada kaedah optik yang dapat melihat di bawah badan pakej.
Pemeriksaan bermula lebih awal daripada itu. 3D SPI mengukur isipadu dan ketinggian pes pada setiap landasan BGA, iaitu tempat banyak kecacatan kemudian bermula, terutamanya pada landasan NSMD dengan padang halus. Selepas penempatan dan pematerian semula dalam ketuhar JTR-1200D-N, 3D AOI mengesahkan kedudukan pakej dan memeriksa sambungan yang dapat dilihatnya di bahagian pinggir. Kemudian papan akan pergi keX-ray luar talianuntuk tatasusunan tersembunyi itu.
Pada imej sinar-X kami mencari jambatan, bebola yang hilang atau cacat bentuk, litar terbuka dan rongga. Pada reka bentuk via-in-pad kami memberi perhatian lebih kepada rongga yang terletak di atas lokasi via, kerana corak itu menunjukkan masalah pengisian atau penutup dan bukannya masalah pes atau profil. Head-in-pillow ialah masalah yang sukar. Ia boleh kelihatan boleh diterima pada imej pandangan atas, jadi pandangan bertepi dan ujian elektrik atau fungsi biasanya yang mengesannya.
Beritahu kami kriteria penerimaan void anda pada peringkat sebut harga. Standard mutu kerja lalai kami ialah IPC Kelas 2; jika lukisan anda menetapkan kriteria void BGA yang berbeza, maklumkan awal supaya pemeriksaan dapat disediakan mengikut spesifikasi anda.
Senarai semak pad BGA
| Item | Perkara yang perlu diperiksa | Mengapa ia penting |
|---|---|---|
| Sumber corak tanah | Nilai pad dan topeng diambil daripada helaian data pakej | Jejak perpustakaan generik selalunya tidak sepadan dengan kawasan letakan yang diperakui |
| Jenis pad | NSMD secara lalai; SMD hanya dengan alasan yang dinyatakan | Jangka hayat keletihan sambungan lwn lekatan pad |
| Pengembangan topeng | Topeng tindanan pada kuprum untuk setiap BGA | Menangkap penukaran SMD secara tidak sengaja |
| Nota fab | Bahagian SMD yang disenaraikan mengikut penunjuk rujukan | Menghentikan perubahan topeng semasa CAM |
| Bola sudut | Tentukan penjuru SMD, underfill atau pengikatan penjuru | Lenturan papan menegangkan bahagian bucu terlebih dahulu |
| Tekanan mekanikal | Skru, penyambung dan penjarak dijauhkan daripada bungkusan | Jenis pad sahaja tidak akan bertahan daripada lenturan berlebihan |
| Kaedah fanout | Diameter pepenjuru tolak diameter tanah meninggalkan ruang untuk pad via serta jarak pemisah | Memutuskan antara dog-bone dan via-in-pad |
| Melalui rawatan | Via-dalam-pad dinyatakan sebagai diisi, diratakan dan bertutup tembaga | Vias terbuka atau tanpa had menyebabkan sambungan kekurangan pateri dan rongga |
| Bukaan stensil | Dirujuk kepada tanah sebenar (bukaan topeng untuk SMD, tembaga untuk NSMD) | Rujukan yang salah menukar jumlah tampalan |
| Kriteria pemeriksaan | Had ruang dan kelas mutu kerja yang ditulis pada lukisan | Pemeriksaan mengikut spesifikasi anda, bukan andaian |
Soalan Lazim
Jika saya menukar jejak daripada SMD kepada NSMD, adakah saya memerlukan stenstil baharu?
Biasanya ya. Kawasan boleh dipateri dan pengeluaran pes kedua-duanya berubah, jadi kami akan menyemak semula saiz bukaan setiap kali semakan mengubah jenis pad.
Kemas permukaan manakah yang paling sesuai untuk pad BGA padang halus?
Yang rata, seperti ENIG atau OSP. HASL meninggalkan permukaan berkubah yang memberikan hasil cetakan yang kurang baik apabila padang (pitch) semakin berkurang.
Apa yang berlaku kepada pad NSMD semasa kerja semula BGA?
Ia lebih mudah terangkat kerana tiada topeng yang memegang tepi pad. Jika anda menjangka kerja semula di kawasan lapangan, pertimbangkan bucu SMD.
Nota fabrikasi untuk via-in-pad perlu merangkumi apa?
Melalui saiz via, bahan isian, “diratakan dan bertutup tembaga,” sebarang had lekuk, dan bahagian atau net mana yang terlibat.
Adakah via-in-pad lebih murah daripada menambah lapisan?
Untuk satu BGA padat bernada halus memang selalunya begitu; untuk beberapa susunan besar, susunan HDI mungkin lebih murah. Kami boleh memberikan sebut harga bagi kedua-duanya daripada Gerber yang sama.
Dapatkan Sebut Harga Perakitan PCB
Sumber Berguna
