BGA焊盘分类和阻焊层要求
BGA焊盘分类
焊盘是BGA焊球与PCB接触的部分,焊盘的大小直接影响过孔和布线的可用空间。一般而言,BGA焊盘按照阻焊的方式不同,可以分为NSMD(非阻焊层限定焊盘)与SMD(阻焊层限定焊盘)。
01
NSMD:Copper Defined Land
非阻焊层限定焊盘
阻焊层Solder Mask围绕球形焊盘并留有小“沟”间隙,球形焊盘独立,表面焊盘的铜箔完全裸露,类型类似于标准的表面安装焊盘。如下图1所示。
NSMD在大多数情况下推荐使用,它的优点是球形焊盘直径比阻焊层尺寸大,焊接中焊球有更大接触面,热风整平表面光滑、平整,焊盘之间的走线空间更大些。且在BGA焊点上应力集中较小,增加了焊点的可靠性,特别是BGA芯片和电路板上都使用NSMD焊盘时,优势明显。
02
SMD:Solder Mask Defined Land
阻焊层限定焊盘
阻焊层Solder Mask在球形焊盘上部分重叠,球形焊盘直径比阻焊层开窗直径大,球形焊盘周围被阻焊层部分覆盖。如下图1所示。
SMD球形焊盘被阻焊层包裹,除了焊盘和电路板焊接之外,在电路板焊接中包裹的阻焊层同时也可以起到粘粘作用,所以这样的焊盘焊接后有较大的附着强度,能够承受更大的弯曲。但是,该类型的焊盘减少了BGA球形焊盘与电路板铜表面接触的面积,当高温的情况下,焊盘和电路板的附着力就会变的极其微弱,很可能造成失效从而导致焊点断裂。
03
NSMD和SMD焊盘侧视图
从侧视图中来看,NSMD焊盘中焊盘周围有间隙,焊球可以更大面积的和电路板焊接铜箔接触,焊点有充分的空间沉降,增加焊接牢固性。
SMD的焊盘表面有阻焊层,阻焊层有一定的高度,那么阻焊层会对焊接焊球起到支持的作用,这样一来焊球和电路板焊接面铜箔接触面积会减少。在引脚很密的情况下,因焊球与电路板焊接面铜箔面积减少,加之周围被阻焊层包裹,可以在一定程度上防止电气短接。
电路板上阻焊的设计
电路板中NSMD焊盘设计的时候阻焊层围绕铜箔焊盘并留有间隙,焊盘间引线和过孔全部阻焊。SMD焊盘设计的时候阻焊层在焊盘上,焊盘铜箔直径比阻焊开孔尺寸大。两种焊盘的设计,优选NSMD的焊盘,其铜箔直径比阻焊尺寸容易控制,且BGA焊点应力集中较小,焊点有充分的空间沉降,增加了焊点的可靠。
图3:左为NSMD阻焊层围绕铜箔焊盘并留有间隙;
右为SMD阻焊层在焊盘上
焊盘的尺寸关系
经研究发现,焊接点应力均衡的焊盘设计具有最好的焊点可靠性。如果电路板上采用了SMD的焊盘设计,电路板上表面焊盘的大小应该与BGA焊盘的大小尺寸一样,这样才能让焊点应力均衡。如果电路上采用NSMD的焊盘设计,电路板上表面焊盘的大小应该比BGA焊盘的小15-20%,电路板上表面焊盘的大小应该与BGA焊盘的大小尺寸一样,以达到焊点的应力均衡。
下表格中给出了常见的SMD和NSMD焊盘尺寸关系建议,在高密度的电路板中推荐按照NSMD的尺寸进行焊盘设计。因为NSMD的焊盘尺寸是SMD焊盘尺寸的75-85%,焊盘比SMD焊盘要小,焊盘之间会有更大的空间用于布线、摆放过孔。
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