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1、BGA焊盤設(shè)計的工藝性要求引言設(shè)計師們在電路組件選用BGA器件時將面對許多問題；印制板焊盤圖形，制造成本，可加工性與最終產(chǎn)品的可靠性。組裝工程師們也會面對許多棘手問題是;有些精細(xì)間距BGA器件甚至至今尚未標(biāo)準(zhǔn)化，卻已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。本文將要闡述是使用BGA器件時，與SMT組裝工藝一些直接相關(guān)的主要問題（特別當(dāng)球引腳陣列間距從1.27mm減小到0.4mm）,這些是設(shè)計師們必須清楚知道。使用BGA封裝技術(shù)取代周邊引腳表貼器件，出自于為滿足電路組件的組裝空間與功能的要求。例如周邊引腳器件QFP，引腳從器件封裝實體4條周邊向外伸
2、展。這些引腳提供器件與PCB間的電路及機(jī)械的連接。BGA器件的互連是通過器件封裝底部的球狀引腳實現(xiàn)的（如圖1所示）。球引腳可由共晶Pb/Sn合金或含90%Pb的高熔點材料制成。圖1從QFP至WS-CSP封裝演變,芯片與封裝尺寸越來越小。一般BGA器件的球引腳間距為1.27mm(0.050″)—1.0mm(0.040″)。小于1.0mm(0.040″)精細(xì)間距,0.4mm(0.016″)緊密封裝器件已經(jīng)應(yīng)用。這個尺寸表示封裝體的尺寸已縮小到接近被封裝的芯片大小。封裝體與芯片的面積比為1.2:1。此項技術(shù)就是眾所周知的芯片級
3、封裝（CSP）或稱之為精細(xì)間距BGA（FBGA）。芯片級封裝的最新發(fā)展是晶圓規(guī)模的芯片級封裝（WS-CSP），CSP的封裝尺寸與芯片尺寸相同。BGA封裝的缺點是器件組裝后無法對每個焊點進(jìn)行檢查，個別焊點缺陷不能進(jìn)行返修。有些問題在設(shè)計階段已經(jīng)顯露出來。隨著封裝尺寸的減少，制造過程的工藝窗口也隨之縮小。周邊引腳器件封裝已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而BGA球引腳間距不斷縮小，現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范受到了.限制，且沒有完全實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。尤其精細(xì)間距BGA器件，使得在PCB布局布線設(shè)計方面明顯受到更多的制約。綜上所述，設(shè)計師們必須保證所選用的器件封裝形
4、式能夠SMT組裝的工藝性要求相適應(yīng)。通常，制造商會對某些專用器件提供BGA印制板焊盤設(shè)計參數(shù)，于是設(shè)計師只能照搬,使用沒有完全成熟的技術(shù)。當(dāng)BGA器件尺寸與間距減小，產(chǎn)品的成本趨于增高，這是加工與產(chǎn)品制造技術(shù)高成本的結(jié)果。設(shè)計師必須對制造成本，可加工性與可靠性進(jìn)行巧妙處理。為了支持BGA器件的基本物理結(jié)構(gòu)，必須采用先進(jìn)的PCB設(shè)計與制造技術(shù)。信號線布線原先是從器件周邊走線，現(xiàn)應(yīng)改為從器件底部下面PCB的空閑部分走線,這球引腳間距大的BGA器件并不是難題，球引腳陣列的行列間有足夠的信號線布線空間。但對球引腳間距小的BGA器
5、件，球引腳間內(nèi)部信號只能使用更窄的導(dǎo)線布線（圖2）。圖2板面走線的焊盤圖形設(shè)計?陣列最外邊行列球引腳間的空間很快被走線塞滿。導(dǎo)線的最小線寬與間距是由電性能要求與加工能力決定，所以這種布線設(shè)計的導(dǎo)線數(shù)量是有限制的。為解決導(dǎo)線與線距問題，可以結(jié)合其他一些設(shè)計方法，其中包括狗骨通孔焊，通孔焊盤圖形設(shè)計（圖3/圖4）；圖3狗骨通孔，通孔焊盤圖形圖4狗骨通孔，通孔焊盤截面圖示狗骨通孔圖形的導(dǎo)線走向連接空孔或印制板直通孔。通孔鍍復(fù)導(dǎo)電層，提供與內(nèi)層布線連接構(gòu)成通路。另一種變形的狗骨通孔圖形是通孔焊盤圖形，從印制板頂面與第二層或第三層
6、鉆孔相通，鍍復(fù)導(dǎo)電層構(gòu)成通路，這兩種圖形的連線方法使得信號直接由焊盤與內(nèi)層相連接。看起來這種圖形連接方法簡單，卻直接受到加工能力，制造成本與組裝工藝等因素的制約。上述討論的導(dǎo)線與線距問題，并非所有制造商都有能力解決這些設(shè)計問題。PCB上的電學(xué)與非電特征圖形的位置配準(zhǔn)成為關(guān)鍵要素，包括制造工藝的可靠性。例如；阻焊膜層的對準(zhǔn)是極其重要的，阻焊層不能超出設(shè)計要求而侵入焊盤圖形，大尺寸面積PCB板的阻焊膜層對準(zhǔn)難度增加,也驅(qū)動了制造成本的升高。表1概括PCB狗骨通孔/通孔焊盤圖形設(shè)計的比較；?設(shè)計狗骨通孔通孔焊盤使用類型球引腳間
7、距≥0.75mm球引腳間距≤0.75mm優(yōu)點寬間距大尺寸BGA減少互連層數(shù)缺點通孔成形加工與PCB厚度，及通孔直徑/孔高比相關(guān)激光鉆孔，制造過程可靠性變化成本中等，當(dāng)器件尺寸小，PCB厚度增加時，成本提高高等，小批量加工需要技術(shù)與能力限制性受印制板厚度，焊盤間的間距空間限于1-2層PCB制造產(chǎn)能優(yōu)良，圖形細(xì)節(jié)可靠穩(wěn)定清晰，依賴于激光打孔與電鍍工藝的精度組裝因素返工——通孔與焊盤間的連線可靠如通孔形裝太圓，一般會增加空隙焊接可靠性優(yōu)良，技術(shù)成熟，工藝參數(shù)控制適宜，一些未知因素表1狗骨通孔/通孔焊盤設(shè)計的比較印制板SMT組裝
8、工藝PCB組裝工藝直接或間接受到BGA器件，及BGA貼裝隨之帶來印制板設(shè)計要素變化的影響。使用先進(jìn)BGA器件需要采用更為復(fù)雜的組裝技術(shù)。這些組裝技術(shù)能經(jīng)受過程優(yōu)化，例如焊膏印刷模板設(shè)計必許滿足焊膏轉(zhuǎn)印量的一致性要求。如貼裝設(shè)備的視覺系統(tǒng)不能勝任BGA球引腳陣列器件貼裝要求,SMT組裝設(shè)備需要更新升級，。有關(guān)BGA器件
