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BGA焊盘设计的工艺性要求

时间:2013-05-22 10:10:59 来源:鼎华科技 点击: 2655次

 

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。

QFPWS-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封装(CSP)或称之为精细间距BGAFBGA)。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器件,球引脚间内部信号只能使用更窄的导线布线。

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。

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

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

1狗骨通孔/通孔焊盘设计的比较

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