BGA封装焊盘的过孔设计

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BGA简介

BGA 形式封装是1980 年由富士通公司提出，在日本IBM公司与CITIZEN 公司合作的OMPAC芯片中诞生。目前主要应用在CPU 以及DSP 等多引脚（PIN）高性能芯片的封装，是目前高端IC 封装技术的主要发展技术与方向。

从BGA 的组装技术方面来看，和QFP 相比，BGA 的优点主要有以下几点：I/O 引线间距大（如1.O, 1.2 7 mm），可容纳的I/O 数目大（如1.27 mm 间距的BGA 在25 mm 边长的面积上可容纳350 个I/O，而O.5 mm 间距的QFP 在40 mm 边长的面积上只容纳304 个I/O）；封装可靠性高（不会损坏引脚），焊点缺陷率低（<1ppm/ 焊点）,焊点牢固；管脚水平面同一性较QFP 容易保证，因为焊锡球在溶化以后可以自动补偿芯片与PCB 之间的平面误差；回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果，允许有50％的贴片精度误差；有较好的电特性，由于引线短，导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好；能与原有的SMT 贴装工艺和设备兼容。原有的丝印机、贴片机和回流焊设备都可使用。BGA 的主要缺点在于焊点的检测和返修都比较困难，对焊点的可靠性要求比较严格，使得BGA 器件在很多领域的应用中受到限制。

BGA封装和焊接技术：

BGA器件的封装结构按焊点形状分为两类：球形焊点和柱状焊点。球形焊点按封装材料分为陶瓷球栅阵列
CBGA(Ceramic Bal l Grid Array)、载带球栅阵列TBGA(Tape Automatec Ball Grid Array)、塑料球栅阵列PBGA(Plastic Ball Array)。柱状焊点按封装形式又称为陶瓷柱栅阵列CCGA(Ceramic Column Grid Array)。

BGA封装技术是采用将圆型或者柱状焊点隐藏在封装体下面，其特点是引线间距大、引线长度短。在组装过程中，它的优点是消除了精细间距器件(如0．5间距以下QFP)由于引线而引起的共平面度差和翘曲度的问题。缺点是由于BGA的多I／0端位于封装体的下面，其焊接质量的好坏不能依靠可见焊点的形状等进行判断，运用市面上昂贵的专用检测设备，也不能对BGA的焊接质量进行定量判定。因此，在BGA的组装过程中，由于焊点的不可见因素，其焊接质量很难控制。全面了解影响BGA焊接技术的质量影响因素，在生产过程中有针对性的进行控制，能有效提高BGA芯片的焊接质量，确保通信产品的可靠性和稳定性。

BGA焊盘设计

据统计，在表面贴装技术中，70％的焊接缺陷是由设计原因造成的。BGA：卷片组装技术也不例外，随着BGA芯片的锡球直径逐渐向0．5mm、0．45 mm、0．30 mm等小型化发展，印制板上焊盘的大小及形状直接关系到BGA芯片与印制板的可靠连接，焊盘设计对锡球焊接质量影响也逐渐增大。对同样的BGA芯片(球径0．5 mm，间距0.8 mm)采用相同的焊接工艺分别焊接在直径为0．4 mm、0．3 mm的印制板焊盘上，验证结果为后者出现BGA虚焊的比例高达8％。因此，BGA焊盘设计直接关系到BGA的焊接质量。

标准的BGA焊盘设计如下：
A、阻焊层设计

设计形式一(见图1)：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。

设计形式二(见图2)：阻焊层在焊盘上，焊盘铜箔直径比阻焊开孔尺寸大。

这两种阻焊层设计中，一般优选设计形式一，其优点是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。

B、焊盘设计图形及尺寸
BGA焊盘与过孔采用印制线连接，杜绝过孔直接与焊盘连接或直接开在焊盘上，焊盘设计图形及尺寸见图3和表1。

对于芯片IMX233，其封球径的最大值为：0.49mm；最小值为：0.37mm；标称值为：0.43mm。选择焊盘的最佳直径为0.35mm，过孔孔径为0.25mm,过孔焊盘为0.51mm,引线宽度为0.13mm。