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PCB設(shè)計(jì)大講堂:為了對抗錫球裂開,BGA焊墊應(yīng)該設(shè)計(jì)成SMD或NSMD?

發(fā)布時(shí)間 :2018-09-26 15:50 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷admin
你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊墊/焊盤設(shè)計(jì)嗎?SMD與NSMD的焊墊設(shè)計(jì)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?BGA的焊墊應(yīng)該設(shè)計(jì)成SMD或NSMD才能提升對抗應(yīng)力的沖擊而不會破裂呢?
你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)與NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊墊/焊盤設(shè)計(jì)嗎?SMD與NSMD的焊墊設(shè)計(jì)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
 
新官上任三把火,公司內(nèi)部中高層人事異動后,新人總喜歡出些新點(diǎn)子來彰顯自己的存在價(jià)值,老美常見的戲碼,也總喜歡推翻前人的決定,認(rèn)為前人的決定都是狗屎。這次熊熊燃燒起來一把火是要求以后新產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)時(shí)「BGA的焊盤設(shè)計(jì)都應(yīng)該采用NSMD來取代SMD」,他認(rèn)為這樣可以增強(qiáng)BGA抵抗應(yīng)力的能力,有助通過產(chǎn)品驗(yàn)證的「摔落測試(drop test)」與「滾動測試(tumble test)」。
 
因?yàn)檫@位長官覺得在同樣裸露出來的銅箔面積下,NSMD的吃錫面積比SMD焊墊設(shè)計(jì)來得多,NSMD焊墊設(shè)計(jì)的焊墊表面與側(cè)面都可吃到錫,但是SMD焊墊設(shè)計(jì)則只有表面焊墊能吃到錫,所以NSMD要比SMD可以承受更大的應(yīng)力沖擊或板彎量。
 
理論上如果僅就「焊錫強(qiáng)度」來看,NSMD的焊墊設(shè)計(jì)的確比SMD的吃錫面積來得多而且強(qiáng)壯(基于露銅面積一樣時(shí)),但是在實(shí)際應(yīng)用上,將BGA焊墊設(shè)計(jì)成NSMD真的就比較耐摔嗎?答案似乎不一定?
 
為了驗(yàn)證這個論點(diǎn),我們曾經(jīng)做過實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,將同樣一塊電路板的BGA焊墊分別設(shè)計(jì)成SMD與NSMD兩批樣品,然后拿去做整顆BGA-IC的拉拔力測試,結(jié)果其實(shí)與這位長官想的不太一樣,但這并不能代表什么,因?yàn)椴徽撌荢MD或NSMD焊墊設(shè)計(jì),其最終都無法通過DQ的「摔落測試(drop test)」或「滾動測試(tumble test)」。
 
總總跡象顯示有時(shí)候NSMD表現(xiàn)比較好,有時(shí)候卻又是SMD表現(xiàn)比較好。所以,在BGA焊墊設(shè)計(jì)上我們無法證明NSMD一定比SMD來得好。
 
這個結(jié)果只能告訴我們,如果不從設(shè)計(jì)根本解決沖擊應(yīng)力對PCB板彎與BGA失效所造成的影響,一心想靠著增加「焊錫強(qiáng)度」來解決BGA破裂的問題,結(jié)果應(yīng)該會讓人大失所望。
 
最后,來看一下【SMD與NSMD焊墊設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)的比較表】吧!這個表格的觀念在之前的文章中應(yīng)該都有提到過了,這里將之整理成表格給大家可以更容易理解。這個比較表建立在SMD與NSMD焊墊上裸露出相同的銅箔表面積當(dāng)基礎(chǔ)做成的。
 
將BGA焊墊設(shè)計(jì)為SMD與NSDM優(yōu)缺點(diǎn)
 
SMD 
(Solder-Mask-Defined)
NSMD 
(Non-SMD)
  將BGA焊墊設(shè)計(jì)為SMD與NSDM的優(yōu)缺點(diǎn) 將BGA焊墊設(shè)計(jì)為SMD與NSDM優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
焊墊與FR4的結(jié)合力(Bonding force)較強(qiáng)。 
因?yàn)槠鋵?shí)際銅箔的面積較大。
吃錫面積較大、焊錫強(qiáng)度較佳。
因?yàn)楹稿a可以同時(shí)吃在銅箔的正上方表面與側(cè)邊。 
Layout時(shí)可以有比較多的空間
讓線路從兩個焊墊之間通過。
缺點(diǎn)
焊錫強(qiáng)度較差。 
因?yàn)橄鄬Τ藻a面積變小,而且綠漆會因?yàn)闊崦浝淇s影響焊錫與綠漆交界處的吃錫效果。 
Layout時(shí)走線較困難。
焊墊與FR4的結(jié)合力較差。 
因?yàn)槠鋵?shí)際銅箔的面積較小。 
助焊劑、錫珠較容易殘留在未被綠漆覆蓋住的區(qū)域。
錫球最可能斷裂位置
錫球最可能斷裂位置 發(fā)生在錫球與PCB焊墊之間 
(一般在IMC層位置)
發(fā)生在焊墊與FR4之間 
(一般焊墊會被剝離)
 
 
到目前為止,我們并沒有任何確切的證據(jù)可以證明到底BGA焊墊應(yīng)該設(shè)計(jì)成SMD或NSMD比較好以抵抗應(yīng)力造成的錫球破裂問題,深圳宏力捷建議是從設(shè)計(jì)根本來解決應(yīng)力問題
 
另外,如果對PCB成本影響不大,深圳宏力捷強(qiáng)烈建議BGA的焊墊設(shè)計(jì)應(yīng)該采用NSMD+via,只是導(dǎo)通孔(via)必須鍍銅填孔,而且還要盡量加大焊墊的尺寸,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明有加導(dǎo)通孔的焊墊,其承受推力(shear)及拉力(pull)的能力都比沒有加導(dǎo)通孔的焊墊強(qiáng)。
如果對PCB成本影響不大,深圳宏力捷強(qiáng)烈建議BGA的焊墊設(shè)計(jì)應(yīng)該采用NSMD+via
 
如果你對于「BGA錫球破裂與零件掉落」的解決方案有興趣,不妨參考一下深圳宏力捷寫的這一系列的文章分享:錫裂不一定是SMT制程問題,只是應(yīng)力大于結(jié)合力的必然結(jié)果


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