张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
高密度(HD)电路的设计
本文介绍，许多人把芯片规模的 BGA 封装看½是由便携式电子产品所需的空间限制的一个可行的解决方案，它同
时满足这些产品更高功½与性½的要求。为便携式产品的高密度电路设计应该要为装配工艺着想。
½为今天价值推动的市场开发电子产品时，性½与可靠性是最优先考虑的。为了在这个市场上竞争，开发者还必
须注重装配的效率，因为这样可以控制制造成本。电子产品的技术进步和不断增长的复杂性正产生对更高密度电路制
造方法的需求。½设计要求表面贴装、密间距和向量封装的集成电路(IC)时，可½要求具有较细的线½和较密间隔的
更高密度电路板。可是，展望未来，一些已经在供应微型旁路孔、序列组装电路板的公司正大量投资来扩大½力。这
些公司认识到便携式电子产品对更小封装的目前趋势。单是通信与个人计算产品工业就足以领导全球的市场。
高密度电子产品的开发者越来越受到几个因素的挑战：物理(复杂元件上更密的引脚间隔)、财力(贴装必须很精
密)、和环境(许多塑料封装吸½，造成装配处理期间的破裂)。物理因素也包括安装工艺的复杂性与最终产品的可靠
性。进一步的财政决定必须考虑产品将如½制造和装配设备效率。较脆弱的引脚元件，如 0.50 与 0.40mm(0.020"与
0.016")引脚间距的 SQFP(shrink quad flat pack)，可½在维护一个持续的装配工艺合格率方面向装配专家提出一个
挑战。最成功的开发计划是那些已经实行工艺认证的电路板设计指引和工艺认证的焊盘几½½状。
在环境上，焊盘几½½状可½不同，它基于所用的安装电子零件的焊接类型。可½的时候，焊盘½状应该以一种
对½用的安装工艺透明的方式来定义。不管零件是安装在板的一面或两面、经受波峰、回流或其它焊接，焊盘与零件
尺寸应该优化，以保证适½的焊接点与检查标准。½然焊盘图案是在尺寸上定义的，并且因为它是印制板电路几½½
状的一部分，它们受到可生产性水平和与电镀、腐蚀、装配或其它条件有关的公差的限制。生产性方面也与阻焊层的
½用和在阻焊与导½图案之间的对½定½有关。
焊盘的要求
½际电子技术委员会(IEC, International Eletrotechnical Commission)的 61188 标准认识到对焊接圆角或焊
盘凸起条件的不同目标的需要。这个新的½际标准确认两个为开发焊盘½状提供信息的基本方法：
1).基于工业元件规格、电路板制造和元件贴装精度½力的准确资料。这些焊盘½状局限于一个特定的元件，有
一个标识焊盘½状的编号。
2).一些方程式可用来改变给定的信息，以达到一个更稳健的焊接连接，这是用于一些特殊的情况，在这些情况
中用于贴装或安装设备比在决定焊盘细节时所假设的精度有或多或少的差别。
该标准为用于贴装各种引脚或元件端子的焊盘定义了最大、中等和最小材料情况。除非另外标明，这个标准将所
有三中“希望目标”标记为一级、二级或三级。
一级：最大 - 用于½密度产品应用，“最大”焊盘条件用于波峰或流动焊接无引脚的片状元件和有引脚的翅½
元件。为这些元件以及向内的"J"型引脚元件配½的几½½状可以为手工焊接和回流焊接提供一个较½的工艺窗口。
二级：中等 - 具有中等水平元件密度的产品可以考虑采用这个“中等”的焊盘几½½状。与 IPC-SM-782 标准焊
盘几½½状非常相似，为所有元件类型配½的中等焊盘将为回流焊接工艺提供一个稳健的焊接条件，并且应该为无引
脚元件和翅½引脚类元件的波峰或流动焊接提供适½的条件。
三级：最小 - 具有高元件密度的产品(通常是便携式产品应用)可以考虑“最小”焊盘几½½状。最小焊盘几½
½状的选择可½不适合于所有的产品。在采用最小的焊盘½状之前，½用这应该考虑产品的限制条件，基于表格中所
示的条件进行试验。
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
在 IPC-SM-782 中所提供的以及在 IEC61188 中所配½的焊盘几½½状应该接纳元件公差和工艺变量。½然在 IPC
标准中的焊盘已经为½用者的多数装配应用提供一个稳健的界面，½是一些公司已经表示了对采用最小焊盘几½½状
的需要，以用于便携式电子产品和其它独特的高密度应用。
½际焊盘标准(IEC61188)了解到更高零件密度应用的要求，并提供用于特殊产品类型的焊盘几½½状的信息。这
些信息的目的是要提供适½的表面贴装焊盘的尺寸、½状和公差，以保证适½焊接圆角的足够区域，也允许对这些焊
接点的检查、测试和返工。
图一和表一所描述的典型的三类焊盘几½½状是为每一类元件所提供的：最大焊盘(一级)、中等焊盘(二级)和最
小焊盘(三级)。
图一、两个端子的、矩½电容与电阻元件的 IEC 标准可以不同以满足特殊产品应用
表一、矩½或方½端的元件(陶瓷电容与电阻) (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
0.6
0.4
0.2
脚跟-焊盘突出
0.0
0.0
0.0
侧面-焊盘突出
0.1
0.0
0.0
天井½量
0.5
0.25
0.05
圆整因素
最近 0.5
最近 0.05
最近 0.05
焊接点的脚趾、脚跟和侧面圆角必须针对元件、电路板和贴装精度偏差的公差(平方和)。如图二所示，最小的焊
接点或焊盘突出是随着公差变量而增加的(表二)。
图二、带状翅½引脚元件的 IEC 标准定义了三种可½的变量以满足用户的应用
表二、平带 L ½与翅½引脚(大于 0.625mm 的间距) (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
0.8
0.5
0.2
脚跟-焊盘突出
0.5
0.35
0.2
侧面-焊盘突出
0.05
0.05
0.03
天井½量
0.5
0.25
0.05
圆整因素
最近 0.5
最近 0.5
最近 0.05
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
如果这些焊盘的用户希望对贴装和焊接设备有一个更稳健的工艺条件，那么分析中的个别元素可以改变到新的所
希望的尺寸条件。这包括元件、板或贴装精度的扩散，以及最小的焊接点或焊盘突出的期望(表 3，4，5 和 6)。
表三、J ½引脚 (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
0.2
0.2
0.2
脚跟-焊盘突出
0.8
0.6
0.4
侧面-焊盘突出
0.1
0.05
0.0
天井½量
1.5
0.8
0.2
圆整因素
最近 0.5
最近 0.5
最近 0.05
表四、圆柱½端子(MELF) (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
1.0
0.4
0.2
脚跟-焊盘突出
0.2
0.1
0.0
侧面-焊盘突出
0.2
0.1
0.0
天井½量
0.5
0.25
0.05
圆整因素
最近 0.5
最近 0.5
最近 0.05
表五、只有底面的端子 (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
0.2
0.1
0
脚跟-焊盘突出
0.2
0.1
0
侧面-焊盘突出
0.2
0.1
0
天井½量
0.25
0.1
0.05
圆整因素
最近 0.5
最近 0.5
最近 0.05
表六、内向 L ½带状引脚 (单½: mm)
焊盘特征
最大一级
中等二级
最小三级
脚趾-焊盘突出
0.1
0.1
0.0
脚跟-焊盘突出
1.0
0.5
0.2
侧面-焊盘突出
0.1
0.1
0.1
天井½量
0.5
0.25
0.05
圆整因素
最近 0.5
最近 0.5
最近 0.05
用于焊盘的½廓公差方法的方式与元件的类似。所有焊盘公差½是要对每一个焊盘以最大尺寸提供一个预计的焊
盘图½。单向公差是要减小焊盘尺寸，因此得½焊接点½成的较小区域。为了½开孔的尺寸标注系统容易，焊盘是跨
过内外极限标注尺寸的。
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
在这个标准中，尺寸标注概念½用极限尺寸和几½公差来描述焊盘允许的最大与最小尺寸。½焊盘在其最大尺寸
时，结果可½是最小可接受的焊盘之间的间隔；相反，½焊盘在其最小尺寸时，结果可½是最小的可接受焊盘，需要
达到可靠的焊接点。这些极限允许判断焊盘通过/不通过的条件。
假设焊盘几½½状是正确的，并且电路结构的最终½满足所有规定标准，焊接缺陷应该可以减少；½管如此，焊
接缺陷还可½由于材料与工艺变量而发生。为密间距(fine pitch)开发焊盘的设计者必须建立一个可靠的焊接连接所
要求的最小脚尖与脚跟，以及在元件封装特征上允许最大与最小(或至少)的材料条件。
BGA 与 CSP
BGA 封装已经发展到满足现在的焊接安装技术。塑料与陶瓷 BGA 元件具有相对广泛的接触间距(1.50, 1.27 和
1.00mm)，而相对而言，芯片规模的 BGA 栅格间距为 0.50, 0.60 和 0.80mm。BGA 与密间距 BGA 元件两者相对于密间距
引脚框架封装的 IC ½不容易损坏，并且 BGA 标准允许选择性地减少接触点，以满足特殊的输入/输出(I/O)要求。½
为 BGA 元件建立接触点布局和引线排列时，封装开发者必须考虑芯片设计以及芯片块的尺寸和½状。在技术引线排列
时的另一个要面对的问题是芯片的方向(芯片模块的焊盘向上或向下)。芯片模块“面朝上”的结构通常是½供应商正
在½用 COB(chip-on-board)(内插器)技术时才采用的。
元件构造，以及在其制造中½用的材料结合，不在这个工业标准与指引中定义。每一个制造商½将企图将其特殊
的结构胜任用户所定义的应用。例如,消费产品可½有一个相对良½的工½环境，而工业或½½应用的产品经常必须
运行在更大的压力条件下。取决于制造 BGA 所选择材料的物理特性，可½要½用到倒装芯片或引线接合技术。因为芯
片安装结构是刚性材料，芯片模块安装座一般以导½定中心，信号从芯片模块焊盘走入接触球的排列矩阵。
在该文件中详细叙述的栅格阵列封装外½在 JEDEC 的 95 出版物中提供。方½ BGA，JEDEC MS-028 定义一种较小
的矩½塑料 BGA 元件类别，接触点间隔为 1.27mm。该矩阵元件的总的外½规格允许很大的灵活性，如引脚间隔、接触
点矩阵布局与构造。JEDEC MO-151 定义各种塑料封装的 BGA。方½½廓覆盖的尺寸从 7.0-50.0，三种接触点间隔 -
1.50, 1.27 和 1.00mm。
球接触点可以单一的½式分布，行与列排列有双数或单数。½然排列必须保持对整个封装外½的对称，½是各元
件制造商允许在某区域内减少接触点的½½。
芯片规模的 BGA 变量
针对“密间距”和“真正芯片大小”的 IC 封装，最近开发的 JEDEC BGA 指引提出许多物理属性，并为封装供应
商提供“变量”½式的灵活性。JEDEC JC-11 批准的第一½对密间距元件类别的文件是注册外½ MO-195，具有基本
0.50mm 间距接触点排列的统一方½封装系列。
封装尺寸范围从 4.0-21.0mm，总的高度(定义为“薄的½廓”)限制到从贴装表面最大为 1.20mm。下面的例子代
表为将来的标准考虑的一些其它变量。
球间距与球尺寸将也会½响电路布线效率。许多公司已经选择对较½ I/O 数的 CSP 不采用 0.50mm 间距。较大的
球间距可½减½最终用户对更复杂的印刷电路板(PCB)技术的需求。
0.50mm 的接触点排列间隔是 JEDEC 推荐最小的。接触点直径规定为 0.30mm，公差范围为最小 0.25、最大
0.35mm。可是大多数采用 0.50mm 间距的 BGA 应用将依靠电路的次表面布线。直径上小至 0.25mm 的焊盘之间的间隔½
度只够连接一根 0.08mm(0.003")½度的电路。将许多多½的电源和接地触点分布到矩阵的周围，这样将提供对排列矩
阵的有限渗透。这些较高 I/O 数的应用更可½决定于多层、盲孔或封闭的焊盘上的电镀旁路孔(via-on-pad)技术。
考虑封装技术
元件的环境与电气性½可½是与封装尺寸一样重要的问题。用于高密度、高 I/O 应用的封装技术首先必须满足环
境标准。例如，那些½用刚性内插器(interposer)结构的、由陶瓷或有机基板制造的不½紧密地配合硅芯片的外½。
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
元件四周的引线接合座之间的互连必须流向内面。µBGA*封装结构的一个实际优势是它在硅芯片模块外½内提供所有
电气界面的½力。
µBGA ½用一种高级的聚酰胺薄膜½为其基½结构，并且½用半加成铜电镀工艺来完成芯片上铝接合座与聚酰胺内
插器上球接触座之间的互连。依顺材料的独特结合½元件½够忍受极端恶劣的环境。这种封装已经由一些主要的 IC
制造商用来满足具有广泛运½环境的应用。
超过 20 家主要的 IC 制造商和封装服务提供商已经采用了µBGA 封装。定义为“面朝下”的封装，元件外½密切配
合芯片模块的外½，芯片上的铝接合焊盘放于朝向球接触点和 PCB 表面的½½。这种结构在工业中有最广泛的认同，
因为其建立的基础结构和无比的可靠性。µBGA 封装的材料与引脚设计的独特系统是在物理上顺应的，补偿了硅芯片与
PCB 结构的温度膨胀系统的较大差别。
安装座计划
推荐给 BGA 元件的安装座或焊盘的几½½状通常是圆½的，可以调节直径来满足接触点间隔和尺寸的变化。焊盘
直径应该不大于封装上接触点或球的直径，经常比球接触点规定的正常直径小 10%。在最后确定焊盘排列与几½½状
之前，参考 IPC-SM-782 第 14.0 节或制造商的规格。
有两种方法用来定义安装座：定义焊盘或铜，定义阻焊，如图三所示。
图三、BGA 的焊盘可以通过化学腐蚀的图案来界定，
无阻焊层或有阻焊层叠加在焊盘圆周上(阻焊层界定的)
铜定义焊盘图½ - 通过腐蚀的铜界定焊盘图½。阻焊间隔应该最小离腐蚀的铜焊盘 0.075mm。对要求间隔小于所
推荐值的应用，咨询印制板供应商。
阻焊定义焊盘图½ - 如果½用阻焊界定的图½，相应地调整焊盘直径，以保证阻焊的覆盖。
BGA 元件上的焊盘间隔活间距是“基本的”，因此是不累积的；可是，贴装精度和 PCB 制造公差必须考虑。如前
面所说的，BGA 的焊盘一般是圆½的、阻焊界定或腐蚀(阻焊脱离焊盘)界定的。½然较大间距的 BGA 将接纳电路走线
的焊盘之间的间隔，较高 I/O 的元件将依靠电镀旁路孔来将电路走到次表面层。表七所示的焊盘几½½状推荐一个与
名义标准接触点或球的直径相等或稍小的直径。
表七、BGA 元件安装的焊盘图½
接触点间距
标准球直径
焊盘直径
(基本的)
最小
名义
最大
最小
最大
0.50
0.25
0.30
0.35
0.25
0.30
0.65
0.25
0.30
0.35
0.25
0.30
0.65
0.35
0.40
0.45
0.35
0.40
0.80
0.25
0.30
0.35
0.25
0.30
0.80
0.35
0.40
0.45
0.35
0.40
0.80
0.45
0.50
0.55
0.40
0.50
1.00
0.55
0.60
0.65
0.50
0.60
1.27
0.70
0.75
0.80
0.60
0.70
1.50
0.70
0.75
0.80
0.60
0.70
有些公司企图为所有密间距的 BGA 应用维持一个不变的接触点直径。可是，因为一些 0.65 与 0.80mm 接触点间距
的元件制造商允许随意的球与接触点直径的变化，设计者应该在制定焊盘直径之前参考专门的供应商规格。较大的球
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论