BGA封裝的【SMD(Solder Mask Defined)】與【NSMD(Non Solder Mask Defined)】焊墊設(shè)計對于焊錫能力有什么影響？這兩種焊墊又對PCBA的結(jié)合力有何影響？

 

二、加大零件腳焊錫的面積

請注意：這里指的是加大零件腳焊錫的面積，而不是增加焊錫量。

建議您請先參考深圳宏力捷之前寫的這篇【電子零件焊接強(qiáng)度的觀念澄清】文章。

深圳宏力捷必須再強(qiáng)調(diào)一次：「焊接強(qiáng)度基本上與焊接的面積成正比」，在不考慮更換錫膏配方及電路板表面處理的前提下，想增強(qiáng)零件焊接強(qiáng)度的要點有二：

 

1、增加零件腳焊錫的接觸面積。不是體積喔！

可惜大部分SMD零件的引腳側(cè)壁不是因為成本考量而沒有做電鍍處理直接裸銅，造成容易氧化吃不上錫，要不然就是電鍍處理了，但是腳間距卻太小，造成PCB焊墊的設(shè)計怕短路無法擴(kuò)大，以至于焊錫無法完全爬上其側(cè)邊并形成完美的弧型。

 

既然焊腳的側(cè)壁爬錫可以增加焊錫面積與焊錫強(qiáng)度，所以很多人就在接地腳(GND)的地方做文章，比如說在板對板連接器(B2B connector)兩端的接地片增加圓孔或半圓孔形狀，或是將其設(shè)計成"U"字型都有機(jī)會可以增加其焊錫強(qiáng)度。

 

既然談到了加大焊錫面積有助增強(qiáng)焊錫強(qiáng)度，就不得不稍微提一下BGA封裝在PCB端的SMD/NSMD焊墊設(shè)計對焊錫影響的優(yōu)劣。

請注意不要將這里的【SMD (Solder Mask Defined)焊墊】與【SMD (Surface Mount Device)零件】搞混了喔！

 

假設(shè)SMD與NSMD焊墊設(shè)計裸露出來的面積是一樣的，那么NSMD焊墊的焊接能力應(yīng)該會比SMD焊墊來得優(yōu)，之前說過了，這是因為NSMD焊墊在焊錫時會連焊墊的側(cè)壁一起吃到錫，而SMD焊墊則沒有側(cè)壁。（NSMD又稱為銅箔定義焊墊「Copper Defined pad」）

 

但可別因為這樣就急著將所有的BGA焊墊都改成NSMD焊墊設(shè)計哦！凡事有利就有弊，這個世界是公平的，即使你看到的SMD及NSMD裸露出來的焊墊表面有一樣的大小，但SMD焊墊的尺寸其實比NSMD要來的大上許多（PCB Layout布線的設(shè)計而定），因為NSMD的焊墊有一大部分只是被綠漆（Solder-Mask）給覆蓋住而已，就因為NSMD的焊墊尺寸比較小，幾乎與BGA的錫球一樣大而已，所以一旦發(fā)生BGA錫球破裂時，經(jīng)常可見NSMD的焊墊是連著錫球一塊被拔起的。
 

就如深圳宏力捷之前說過的，應(yīng)力會自己尋找結(jié)合力最脆弱的地方來宣洩，當(dāng)焊墊從NSMD改成SMD后，焊錫力也跟著增強(qiáng)之后，焊錫IMC層抵抗應(yīng)力的能力大過了PCB銅箔附著于基材上的結(jié)合力時（SMD焊墊尺寸變小了），破裂的地方就轉(zhuǎn)變成了焊墊與FR4基材之間了。所以深圳宏力捷還是認(rèn)為，如果想徹底解決BGA破裂的問題，應(yīng)該還是要朝減少應(yīng)力作用來進(jìn)行，才有機(jī)會得到最好的改善。

 

所以，結(jié)論是NSMD焊墊的吃錫性較SMD焊墊優(yōu)，而SMD焊墊的焊墊結(jié)合力則比NSMD焊墊來得好。

SMD: Solder-Mask-Defined pads（防焊定義焊墊）

NSMD: Non-Solder-Mask-Defined pads，又稱為Copper Defined pads（銅箔定義焊墊）

建議延伸閱讀：如何設(shè)計加強(qiáng)產(chǎn)品的BGA焊墊強(qiáng)度以防止BGA開裂（SolderMask Defined, SMD）

 

2.使用通孔焊腳來取代表面貼焊

其實，電子零件采用表面貼焊(Surface mount)的焊錫強(qiáng)度再怎么改善，其抵抗應(yīng)力的能力就是那樣，想要再增加焊錫強(qiáng)度就只能利用結(jié)構(gòu)設(shè)計，將受到的應(yīng)力傳導(dǎo)給其他的機(jī)構(gòu)來承受，而最能立竿見影的就是直接將引腳做成直立的穿孔(Plating Hole)設(shè)計，這樣就可以將引腳受到的應(yīng)力再傳導(dǎo)給PCB的孔壁來承受，相對的也可以增加焊錫的強(qiáng)度。較常見的作法是將零件的部份焊腳從表面貼焊制程改成通孔焊接，比如Micro-USB連接器的鐵框焊腳，它基本上還是走SMT制程，只是部份焊腳采用PIH(Paste-In-Hole)制程，最新的Type-C也有連接器廠商出通孔及表面貼焊混合腳的零件。

 

另外，針對BGA封裝零件，可以考慮將導(dǎo)通孔(vias)放置于PCB端的焊墊上，目的就是在焊墊打上鉚釘以增強(qiáng)焊墊附著于FR4的強(qiáng)度，這就類似房子打地椿防震的道理類似，不過焊墊上的導(dǎo)通孔一定要電鍍填孔，否則BGA的錫球可能會形成孔洞(Void/bubble)問題，嚴(yán)重的話甚至?xí)斐烧眍^效應(yīng)(head in pillow)的不良現(xiàn)象。

建議相關(guān)閱讀：導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則