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PCB設計大講堂:為了對抗錫球裂開,BGA焊墊應該設計成SMD或NSMD?

發(fā)布時間 :2018-09-26 15:50 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷admin
你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊墊/焊盤設計嗎?SMD與NSMD的焊墊設計各有什么優(yōu)缺點?BGA的焊墊應該設計成SMD或NSMD才能提升對抗應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/焊盤設計嗎?SMD與NSMD的焊墊設計各有什么優(yōu)缺點?
 
新官上任三把火,公司內部中高層人事異動后,新人總喜歡出些新點子來彰顯自己的存在價值,老美常見的戲碼,也總喜歡推翻前人的決定,認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設計時「BGA的焊盤設計都應該采用NSMD來取代SMD」,他認為這樣可以增強BGA抵抗應力的能力,有助通過產(chǎn)品驗證的「摔落測試(drop test)」與「滾動測試(tumble test)」。
 
因為這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焊墊設計來得多,NSMD焊墊設計的焊墊表面與側面都可吃到錫,但是SMD焊墊設計則只有表面焊墊能吃到錫,所以NSMD要比SMD可以承受更大的應力沖擊或板彎量。
 
理論上如果僅就「焊錫強度」來看,NSMD的焊墊設計的確比SMD的吃錫面積來得多而且強壯(基于露銅面積一樣時),但是在實際應用上,將BGA焊墊設計成NSMD真的就比較耐摔嗎?答案似乎不一定?
 
為了驗證這個論點,我們曾經(jīng)做過實驗計劃,將同樣一塊電路板的BGA焊墊分別設計成SMD與NSMD兩批樣品,然后拿去做整顆BGA-IC的拉拔力測試,結果其實與這位長官想的不太一樣,但這并不能代表什么,因為不論是SMD或NSMD焊墊設計,其最終都無法通過DQ的「摔落測試(drop test)」或「滾動測試(tumble test)」。
 
總總跡象顯示有時候NSMD表現(xiàn)比較好,有時候卻又是SMD表現(xiàn)比較好。所以,在BGA焊墊設計上我們無法證明NSMD一定比SMD來得好
 
這個結果只能告訴我們,如果不從設計根本解決沖擊應力對PCB板彎與BGA失效所造成的影響,一心想靠著增加「焊錫強度」來解決BGA破裂的問題,結果應該會讓人大失所望。
 
最后,來看一下【SMD與NSMD焊墊設計優(yōu)缺點的比較表】吧!這個表格的觀念在之前的文章中應該都有提到過了,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基礎做成的。
 
將BGA焊墊設計為SMD與NSDM優(yōu)缺點
 
SMD 
(Solder-Mask-Defined)
NSMD 
(Non-SMD)
  將BGA焊墊設計為SMD與NSDM的優(yōu)缺點 將BGA焊墊設計為SMD與NSDM優(yōu)缺點
優(yōu)點
焊墊與FR4的結合力(Bonding force)較強。 
因為其實際銅箔的面積較大。
吃錫面積較大、焊錫強度較佳。
因為焊錫可以同時吃在銅箔的正上方表面與側邊。 
Layout時可以有比較多的空間
讓線路從兩個焊墊之間通過。
缺點
焊錫強度較差。 
因為相對吃錫面積變小,而且綠漆會因為熱脹冷縮影響焊錫與綠漆交界處的吃錫效果。 
Layout時走線較困難。
焊墊與FR4的結合力較差。 
因為其實際銅箔的面積較小。 
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焊墊應該設計成SMD或NSMD比較好以抵抗應力造成的錫球破裂問題,深圳宏力捷建議是從設計根本來解決應力問題
 
另外,如果對PCB成本影響不大,深圳宏力捷強烈建議BGA的焊墊設計應該采用NSMD+via,只是導通孔(via)必須鍍銅填孔,而且還要盡量加大焊墊的尺寸,因為實驗數(shù)據(jù)說明有加導通孔的焊墊,其承受推力(shear)及拉力(pull)的能力都比沒有加導通孔的焊墊強。
如果對PCB成本影響不大,深圳宏力捷強烈建議BGA的焊墊設計應該采用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,只是應力大于結合力的必然結果


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