如何實現(xiàn)高密度HD電路的設(shè)計

許多人把芯片規(guī)模的ＢＧＡ封裝看作是由便攜式電子產(chǎn)品所需的空間限制的一個可行的解決方案，它同時滿足這些產(chǎn)品更高功能與性能的要求。為便攜式產(chǎn)品的高密度電路設(shè)計應(yīng)該為裝配工藝著想。

當(dāng)為今天價值推動的市場開發(fā)電子產(chǎn)品時，性能與可靠性是最優(yōu)先考慮的。為了在這個市場上競爭，開發(fā)者還必須注重裝配的效率，因為這樣可以控制制造成本。電子產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步和不斷增長的復(fù)雜性正產(chǎn)生對更高密度電路制造方法的需求。當(dāng)設(shè)計要求表面貼裝、密間距和向量封裝的集成電路ＩＣ時，可能要求具有較細(xì)的線寬和較密間隔的更高密度電路板?？墒牵雇磥?，一些已經(jīng)在供應(yīng)微型旁路孔、序列組裝電路板的公司正大量投資來擴(kuò)大能力。這些公司認(rèn)識到便攜式電子產(chǎn)品對更小封裝的目前趨勢。單是通信與個人計算產(chǎn)品工業(yè)就足以領(lǐng)導(dǎo)全球的市場。

高密度電子產(chǎn)品的開發(fā)者越來越受到幾個因素的挑戰(zhàn)：物理復(fù)雜元件上更密的引腳間隔、財力貼裝必須很精密、和環(huán)境許多塑料封裝吸潮，造成裝配處理期間的破裂。物理因素也包括安裝工藝的復(fù)雜性與最終產(chǎn)品的可靠性。進(jìn)一步的財政決定必須考慮產(chǎn)品將如何制造和裝配設(shè)備效率。較脆弱的引腳元件，如０．５０與０．４０ｍｍ０．０２０″與０．０１６″引腳間距的ＳＱＦＰｓｈｒｉｎｋ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋ，可能在維護(hù)一個持續(xù)的裝配工藝合格率方面向裝配專家提出一個挑戰(zhàn)。最成功的開發(fā)計劃是那些已經(jīng)實行工藝認(rèn)證的電路板設(shè)計指引和工藝認(rèn)證的焊盤幾何形狀。

在環(huán)境上，焊盤幾何形狀可能不同，它基于所用的安裝電子零件的焊接類型?？赡艿臅r候，焊盤形狀應(yīng)該以一種對使用的安裝工藝透明的方式來定義。不管零件是安裝在板的一面或兩面、經(jīng)受波峰、回流或其它焊接，焊盤與零件尺寸應(yīng)該優(yōu)化，以保證適當(dāng)?shù)暮附狱c與檢查標(biāo)準(zhǔn)。雖然焊盤圖案是在尺寸上定義的，并且因為它是印制板電路幾何形狀的一部分，它們受到可生產(chǎn)性水平和與電鍍、腐蝕、裝配或其它條件有關(guān)的公差的限制。生產(chǎn)性方面也與阻焊層的使用和在阻焊與導(dǎo)體圖案之間的對齊定位有關(guān)。

1、焊盤的要求

國際電子技術(shù)委員會ＩＥＣ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ的６１１８８標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識到對焊接圓角或焊盤凸起條件的不同目標(biāo)的需要。這個新的國際標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)兩個為開發(fā)焊盤形狀提供信息的基本方法：

１）．基于工業(yè)元件規(guī)格、電路板制造和元件貼裝精度能力的準(zhǔn)確資料。這些焊盤形狀局限于一個特定的元件，有一個標(biāo)識焊盤形狀的編號。

２）．一些方程式可用來改變給定的信息，以達(dá)到一個更穩(wěn)健的焊接連接，這是用于一些特殊的情況，在這些情況中用于貼裝或安裝設(shè)備比在決定焊盤細(xì)節(jié)時所假設(shè)的精度有或多或少的差別。

該標(biāo)準(zhǔn)為用于貼裝各種引腳或元件端子的焊盤定義了最大、中等和最小材料情況。除非另外標(biāo)明，這個標(biāo)準(zhǔn)將所有三中“希望目標(biāo)”標(biāo)記為一級、二級或三級。

一級：最大 － 用于低密度產(chǎn)品應(yīng)用，“最大”焊盤條件用于波峰或流動焊接無引腳的片狀元件和有引腳的翅形元件。為這些元件以及向內(nèi)的″Ｊ″型引腳元件配置的幾何形狀可以為手工焊接和回流焊接提供一個較寬的工藝窗口。

二級：中等 － 具有中等水平元件密度的產(chǎn)品可以考慮采用這個“中等”的焊盤幾何形狀。與ＩＰＣ－ＳＭ－７８２標(biāo)準(zhǔn)焊盤幾何形狀非常相似，為所有元件類型配置的中等焊盤將為回流焊接工藝提供一個穩(wěn)健的焊接條件，并且應(yīng)該為無引腳元件和翅形引腳類元件的波峰或流動焊接提供適當(dāng)?shù)臈l件。

三級：最小 － 具有高元件密度的產(chǎn)品通常是便攜式產(chǎn)品應(yīng)用可以考慮“最小”焊盤幾何形狀。最小焊盤幾何形狀的選擇可能不適合于所有的產(chǎn)品。在采用最小的焊盤形狀之前，使用這應(yīng)該考慮產(chǎn)品的限制條件，基于表格中所示的條件進(jìn)行試驗。

在ＩＰＣ－ＳＭ－７８２中所提供的以及在ＩＥＣ６１１８８中所配置的焊盤幾何形狀應(yīng)該接納元件公差和工藝變量。雖然在ＩＰＣ標(biāo)準(zhǔn)中的焊盤已經(jīng)為使用者的多數(shù)裝配應(yīng)用提供一個穩(wěn)健的界面，但是一些公司已經(jīng)表示了對采用最小焊盤幾何形狀的需要，以用于便攜式電子產(chǎn)品和其它獨特的高密度應(yīng)用。

國際焊盤標(biāo)準(zhǔn)（ＩＥＣ６１１８８）了解到更高零件密度應(yīng)用的要求，并提供用于特殊產(chǎn)品類型的焊盤幾何形狀的信息。這些信息的目的是要提供適當(dāng)?shù)谋砻尜N裝焊盤的尺寸、形狀和公差，以保證適當(dāng)焊接圓角的足夠區(qū)域，也允許對這些焊接點的檢查、測試和返工。

圖一和表一所描述的典型的三類焊盤幾何形狀是為每一類元件所提供的：最大焊盤（一級）、中等焊盤（二級）和最小焊盤（三級）。

圖一、兩個端子的、矩形電容與電阻元件的IEC標(biāo)準(zhǔn)可以不同以滿足特殊產(chǎn)品應(yīng)用

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 0.6 0.4 0.2

腳跟-焊盤突出 0.0 0.0 0.0

側(cè)面-焊盤突出 0.1 0.0 0.0

開井余量 0.5 0.25 0.05

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

表一、矩形與方形端的元件

（陶瓷電容與電阻） （單位：mm）

焊接點的腳趾、腳跟和側(cè)面圓角必須針對元件、電路板和貼裝精度偏差的公差平方和。如圖二所示，最小的焊接點或焊盤突出是隨著公差變量而增加的（表二）。

圖二、帶狀翅形引腳元件的IEC標(biāo)準(zhǔn)定義了三種可能的變量以滿足用戶的應(yīng)用

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 0.8 0.5 0.2

腳跟-焊盤突出 0.5 0.35 0.2

側(cè)面-焊盤突出 0.05 0.05 0.03

開井余量 0.5 0.25 0.05

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

表二、平帶L形與翅形引腳

（大于0.625mm的間距） （單位：mm）

如果這些焊盤的用戶希望對貼裝和焊接設(shè)備有一個更穩(wěn)健的工藝條件，那么分析中的個別元素可以改變到新的所希望的尺寸條件。這包括元件、板或貼裝精度的擴(kuò)散，以及最小的焊接點或焊盤突出的期望（表３，４，５和６）。

用于焊盤的輪廓公差方法的方式與元件的類似。所有焊盤公差都是要對每一個焊盤以最大尺寸提供一個預(yù)計的焊盤圖形。單向公差是要減小焊盤尺寸，因此得當(dāng)焊接點形成的較小區(qū)域。為了使開孔的尺寸標(biāo)注系統(tǒng)容易，焊盤是跨過內(nèi)外極限標(biāo)注尺寸的。

在這個標(biāo)準(zhǔn)中，尺寸標(biāo)注概念使用極限尺寸和幾何公差來描述焊盤允許的最大與最小尺寸。當(dāng)焊盤在其最大尺寸時，結(jié)果可能是最小可接受的焊盤之間的間隔；相反，當(dāng)焊盤在其最小尺寸時，結(jié)果可能是最小的可接受焊盤，需要達(dá)到可靠的焊接點。這些極限允許判斷焊盤通過／不通過的條件。

假設(shè)焊盤幾何形狀是正確的，并且電路結(jié)構(gòu)的最終都滿足所有規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，焊接缺陷應(yīng)該可以減少；盡管如此，焊接缺陷還可能由于材料與工藝變量而發(fā)生。為密間距ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ開發(fā)焊盤的設(shè)計者必須建立一個可靠的焊接連接所要求的最小腳尖與腳跟，以及在元件封裝特征上允許最大與最?。熁蛑辽俚牟牧蠗l件。

表三、J形引腳 （單位：mm）

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 0.2 0.2 0.2

腳跟-焊盤突出 0.8 0.6 0.4

側(cè)面-焊盤突出 0.1 0.05 0.0

開井余量 1.5 0.8 0.2

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

表四、圓柱形端子（MELF） （單位：mm）

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 1.0 0.4 0.2

腳跟-焊盤突出 0.2 0.1 0.0

側(cè)面-焊盤突出 0.2 0.1 0.0

開井余量 0.2 0.25 0.25

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

表五、只有底面的端子 （單位：mm）

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 0.2 0.1 0

腳跟-焊盤突出 0.2 0.1 0

側(cè)面-焊盤突出 0.2 0.1 0

開井余量 0.25 0.1 0.05

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

表六、內(nèi)向L形帶狀引腳 （單位：mm）

焊盤特性 最大一級 中等二級 最小三級

腳趾-焊盤突出 0.1 0.1 0.0

腳跟-焊盤突出 1.0 0.5 0.2

側(cè)面-焊盤突出 0.1 0.1 0.1

開井余量 0.5 0.25 0.05

圓整因素 最近0.5 最近0.05 最近0.05

2、BGA與CAP

ＢＧＡ封裝已經(jīng)發(fā)展到滿足現(xiàn)在的焊接安裝技術(shù)。塑料與陶瓷ＢＧＡ元件具有相對廣泛的接觸間距（１．５０，１．２７和１．００ｍｍ），而相對而言，芯片規(guī)模的ＢＧＡ柵格間距為０．５０，０．６０和０．８０ｍｍ。ＢＧＡ與密間距ＢＧＡ元件兩者相對于密間距引腳框架封裝的ＩＣ都不容易損壞，并且ＢＧＡ標(biāo)準(zhǔn)允許選擇性地減少接觸點，以滿足特殊的輸入／輸出（Ｉ／Ｏ）要求。當(dāng)為ＢＧＡ元件建立接觸點布局和引線排列時，封裝開發(fā)者必須考慮芯片設(shè)計以及芯片塊的尺寸和形狀。在技術(shù)引線排列時的另一個要面對的問題是芯片的方向芯片模塊的焊盤向上或向下。芯片模塊“面朝上”的結(jié)構(gòu)通常是當(dāng)供應(yīng)商正在使用ＣＯＢ（ｃｈｉｐ－ｏｎ－ｂｏａｒｄ）（內(nèi)插器）技術(shù)時才采用的。

元件構(gòu)造，以及在其制造中使用的材料結(jié)合，不在這個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與指引中定義。每一個制造商都將企圖將其特殊的結(jié)構(gòu)勝任用戶所定義的應(yīng)用。例如消費產(chǎn)品可能有一個相對良好的工作環(huán)境，而工業(yè)或汽車應(yīng)用的產(chǎn)品經(jīng)常必須運行在更大的壓力條件下。取決于制造ＢＧＡ所選擇材料的物理特性，可能要使用到倒裝芯片或引線接合技術(shù)。因為芯片安裝結(jié)構(gòu)是剛性材料，芯片模塊安裝座一般以導(dǎo)體定中心，信號從芯片模塊焊盤走入接觸球的排列矩陣。

在該文件中詳細(xì)敘述的柵格陣列封裝外形在ＪＥＤＥＣ的９５出版物中提供。方形ＢＧＡ，ＪＥＤＥＣ ＭＳ－０２８定義一種較小的矩形塑料ＢＧＡ元件類別，接觸點間隔為１．２７ｍｍ。該矩陣元件的總的外形規(guī)格允許很大的靈活性，如引腳間隔、接觸點矩陣布局與構(gòu)造。ＪＥＤＥＣ ＭＯ－１５１定義各種塑料封裝的ＢＧＡ。方形輪廓覆蓋的尺寸從７．０－５０．０，三種接觸點間隔 － １．５０，１．２７和１．００ｍｍ。

球接觸點可以單一的形式分布，行與列排列有雙數(shù)或單數(shù)。雖然排列必須保持對整個封裝外形的對稱，但是各元件制造商允許在某區(qū)域內(nèi)減少接觸點的位置。

3、芯片規(guī)模的BGA變量

針對“密間距”和“真正芯片大小”的ＩＣ封裝，最近開發(fā)的ＪＥＤＥＣ ＢＧＡ指引提出許多物理屬性，并為封裝供應(yīng)商提供“變量”形式的靈活性。ＪＥＤＥＣ ＪＣ－１１批準(zhǔn)的第一份對密間距元件類別的文件是注冊外形ＭＯ－１９５，具有基本０．５０ｍｍ間距接觸點排列的統(tǒng)一方形封裝系列。

封裝尺寸范圍從４．０－２１．０ｍｍ，總的高度（定義為“薄的輪廓”）限制到從貼裝表面最大為１．２０ｍｍ。下面的例子代表為將來的標(biāo)準(zhǔn)考慮的一些其它變量。

球間距與球尺寸將也會影響電路布線效率。許多公司已經(jīng)選擇對較低Ｉ／Ｏ數(shù)的ＣＳＰ不采用０．５０ｍｍ間距。較大的球間距可能減輕最終用戶對更復(fù)雜的印刷電路板（ＰＣＢ）技術(shù)的需求。

０．５０ｍｍ的接觸點排列間隔是ＪＥＤＥＣ推薦最小的。接觸點直徑規(guī)定為０．３０ｍｍ，公差范圍為最?。埃玻怠⒆畲螅埃常担恚??？墒谴蠖鄶?shù)采用０．５０ｍｍ間距的ＢＧＡ應(yīng)用將依靠電路的次表面布線。直徑上小至０．２５ｍｍ的焊盤之間的間隔寬度只夠連接一根０．０８ｍｍ（０．００３″）寬度的電路。將許多多余的電源和接地觸點分布到矩陣的周圍，這樣將提供對排列矩陣的有限滲透。這些較高Ｉ／Ｏ數(shù)的應(yīng)用更可能決定于多層、盲孔或封閉的焊盤上的電鍍旁路孔（ｖｉａ－ｏｎ－ｐａｄ）技術(shù)。

4、考慮封裝技術(shù)

元件的環(huán)境與電氣性能可能是與封裝尺寸一樣重要的問題。用于高密度、高Ｉ／Ｏ應(yīng)用的封裝技術(shù)首先必須滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。例如，那些使用剛性內(nèi)插器（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）結(jié)構(gòu)的、由陶瓷或有機(jī)基板制造的不能緊密地配合硅芯片的外形。元件四周的引線接合座之間的互連必須流向內(nèi)面。μＢＧＡ* 封裝結(jié)構(gòu)的一個實際優(yōu)勢是它在硅芯片模塊外形內(nèi)提供所有電氣界面的能力。

μＢＧＡ使用一種高級的聚酰胺薄膜作為其基體結(jié)構(gòu)，并且使用半加成銅電鍍工藝來完成芯片上鋁接合座與聚酰胺內(nèi)插器上球接觸座之間的互連。依順材料的獨特結(jié)合使元件能夠忍受極端惡劣的環(huán)境。這種封裝已經(jīng)由一些主要的ＩＣ制造商用來滿足具有廣泛運作環(huán)境的應(yīng)用。

超過２０家主要的ＩＣ制造商和封裝服務(wù)提供商已經(jīng)采用了μＢＧＡ封裝。定義為“面朝下”的封裝，元件外形密切配合芯片模塊的外形，芯片上的鋁接合焊盤放于朝向球接觸點和ＰＣＢ表面的位置。這種結(jié)構(gòu)在工業(yè)中有最廣泛的認(rèn)同，因為其建立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和無比的可靠性。μＢＧＡ封裝的材料與引腳設(shè)計的獨特系統(tǒng)是在物理上順應(yīng)的，補(bǔ)償了硅芯片與ＰＣＢ結(jié)構(gòu)的溫度膨脹系統(tǒng)的較大差別。

5、安裝座計劃

推薦給ＢＧＡ元件的安裝座或焊盤的幾何形狀通常是圓形的，可以調(diào)節(jié)直徑來滿足接觸點間隔和尺寸的變化。焊盤直徑應(yīng)該不大于封裝上接觸點或球的直徑，經(jīng)常比球接觸點規(guī)定的正常直徑?。保埃ァＴ谧詈蟠_定焊盤排列與幾何形狀之前，參考ＩＰＣ－ＳＭ－７８２第１４．０節(jié)或制造商的規(guī)格。

有兩種方法用來定義安裝座：定義焊盤或銅，定義阻焊，如圖三所示。

圖三、ＢＧＡ的焊盤可以通過化學(xué)腐蝕的圖案來界定，

無阻焊層或有阻焊層疊加在焊盤圓周上（阻焊層界定）

銅定義焊盤圖形 － 通過腐蝕的銅界定焊盤圖形。阻焊間隔應(yīng)該最小離腐蝕的銅焊盤０．０７５ｍｍ。對要求間隔小于所推薦值的應(yīng)用，咨詢印制板供應(yīng)商。

阻焊定義焊盤圖形 － 如果使用阻焊界定的圖形，相應(yīng)地調(diào)整焊盤直徑，以保證阻焊的覆蓋。

ＢＧＡ元件上的焊盤間隔活間距是“基本的”，因此是不累積的；可是，貼裝精度和ＰＣＢ制造公差必須考慮。如前面所說的，ＢＧＡ的焊盤一般是圓形的、阻焊界定或腐蝕阻焊脫離焊盤界定的。雖然較大間距的ＢＧＡ將接納電路走線的焊盤之間的間隔，較高Ｉ／Ｏ的元件將依靠電鍍旁路孔來將電路走到次表面層。表七所示的焊盤幾何形狀推薦一個與名義標(biāo)準(zhǔn)接觸點或球的直徑相等或稍小的直徑。

表七、 BGA元件安裝的焊盤圖形

接觸點間距

（基本的） 標(biāo)準(zhǔn)球直徑 焊盤直徑 （mm）

最小 名義 最大 最小 - 最大

0.05 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

有些公司企圖為所有密間距的ＢＧＡ應(yīng)用維持一個不變的接觸點直徑?？墒牵驗橐恍埃叮蹬c０．８０ｍｍ接觸點間距的元件制造商允許隨意的球與接觸點直徑的變化，設(shè)計者應(yīng)該在制定焊盤直徑之前參考專門的供應(yīng)商規(guī)格。較大的球與焊盤的直徑可能限制較高Ｉ／Ｏ元件的電路布線。一些ＢＧＡ元件類型的焊盤幾何形狀可能不允許寬度足夠容納不止一條或兩條電路的間隔。例如，０．５０ｍｍ間距的ＢＧＡ將不允許甚至一條大于０．００２″或０．００３″的電路。那些采用密間距ＢＧＡ封裝變量的可能發(fā)現(xiàn)焊盤中的旁路孔（微型旁路孔）更加實際，特別如果元件密度高，必須減少電路布線。

6、裝配工藝效率所要求的特征

為了采納對密間距表面貼裝元件（ＳＭＤ）的模板的精確定位，要求一些視覺或攝像機(jī)幫助的對中方法。全局定位基準(zhǔn)點是用于準(zhǔn)確的錫膏印刷的模板定位和在精確的ＳＭＤ貼裝中作為參考點。模板印刷機(jī)的攝相機(jī)系統(tǒng)自動將板對準(zhǔn)模板，達(dá)到準(zhǔn)確的錫膏轉(zhuǎn)移。

對于那些使用模板到電路板的自動視覺對中的系統(tǒng)，電路板的設(shè)計者必須在焊盤層的設(shè)計文件中提供至少兩個全局基準(zhǔn)點（圖四）。在組合板的每一個裝配單元內(nèi)也必須提供局部基準(zhǔn)點目標(biāo)，以幫助自動元件貼裝。另外，對于每一個密間距ＱＦＰ、ＴＳＯＰ和高Ｉ／Ｏ密間距ＢＧＡ元件，通常提供一或兩個目標(biāo)。

在所有位置推薦使用一個基準(zhǔn)點的尺寸。雖然形狀和尺寸可以對不同的應(yīng)用分別對待，但是大多數(shù)設(shè)備制造商都認(rèn)同１．０ｍｍ（０．０４０″）直徑的實心點。該點必須沒有阻焊層，以保證攝相機(jī)可以快速識別。除了基準(zhǔn)點目標(biāo)外，電路板必須包含一些定位孔，用于二次裝配有關(guān)的操作。組合板應(yīng)該提供兩或三個定位孔，每個電路板報單元提供至少兩個定位孔。通常，裝配專家規(guī)定尺寸（０．６５ｍｍ是常見的），應(yīng)該指定無電鍍孔。

至于在錫膏印刷模板夾具上提供的基準(zhǔn)點，一些系統(tǒng)檢測模板的定面，而另一些則檢測底面。模板上的全局基準(zhǔn)點只是半腐蝕在模板的表面，用黑樹脂顏料填充。

7、指定表面最終涂層

為元件的安裝選擇專門類型的表面最終涂鍍方法可以提高裝配工藝的效率，但是也可能影響ＰＣＢ的制造成本。在銅箔上電鍍錫或錫／鉛合金作為抗腐蝕層是非常常見的制造方法。選擇性地去掉銅箔的減去法化學(xué)腐蝕繼續(xù)在ＰＣＢ工業(yè)廣泛使用。因為錫／鉛導(dǎo)線當(dāng)暴露在１９５°Ｃ溫度以上時變成液體，所以大多數(shù)使用回流焊接技術(shù)的表面貼裝板都指定裸銅上的阻焊層（ＳＭＯＢＣ，ｓｏｌｄｅｒｍａｓｋ ｏｖｅｒ ｂａｒｅ ｃｏｐｐｅｒ）來保持阻焊材料下一個平坦均勻的表面。當(dāng)處理ＳＭＯＢＣ板時，錫或錫／鉛是化學(xué)剝離的，只留下銅導(dǎo)體和沒有電鍍的元件安裝座。銅導(dǎo)體用環(huán)氧樹脂或聚合物阻焊層涂蓋，以防止對焊接有關(guān)工藝的暴露。雖然電路導(dǎo)線有阻焊層覆蓋，設(shè)計者還必須為那些不被阻焊層覆蓋的部分元件安裝座指定表面涂層。下面的例子是廣泛使用在制造工業(yè)的合金電鍍典型方法。

通常要求預(yù)處理安裝座的應(yīng)用是超密間距ＱＦＰ元件。例如，ＴＡＢ（ｔａｂｌｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄ）元件可能具有小于０．２５ｍｍ的引腳間距。通過在這些座上提供７００－８００μ″的錫／鉛合金，裝配專家可以上少量的助焊劑、貼裝零件和使用加熱棒、熱風(fēng)、激光或軟束線光源來回流焊接該元件。在特殊的安裝座上選擇性地電鍍或保留錫／鉛合金將適用于超密間距ＴＡＢ封裝的回流焊接。

使用熱風(fēng)均勻法，錫／鉛在上阻焊層之后涂鍍在電路板上。該工藝是，電鍍的板經(jīng)過清洗、上助焊劑和浸入熔化的焊錫中，當(dāng)合金還是液體狀態(tài)的時候，多余的材料被吹離表面，留下合金覆蓋的表面。熱風(fēng)焊錫均勻ＨＡＳＬ（ｈｏｔ ａｉｒ ｓｏｌｄｅｒ ｌｅｖｅｌｉｎｇ）電鍍工藝廣泛使用，一般適合于回流焊接裝配工藝；可是，焊錫量與平整度的不一致可能不適合于使用密間距元件的電路板。

密間距的ＳＱＦＰ、ＴＳＯＰ和ＢＧＡ元件要求非常均勻和平整的表面涂層。作為控制在密間距元件的安裝座上均勻錫膏量的方法，表面必須盡可能地平整。為了保證平整度，許多公司在銅箔上使用鎳合金，接著一層很薄的金合金涂層，來去掉氧化物。

在阻焊涂層工藝之后，在暴露的裸銅上使用無電鍍鎳／金。用這個工藝，制造商通常將使用錫／鉛電鍍圖案作為抗腐蝕層，在腐蝕之后剝離錫／鉛合金，但是不是對暴露的安裝座和孔施用焊錫合金，而是電路板浸鍍鎳／金合金。

按照ＩＰＣ－２２２１標(biāo)準(zhǔn)《印制板設(shè)計的通用標(biāo)準(zhǔn)》，推薦的無電鍍鎳厚度是２．５－５．０μｍ（至少１．３μｍ），而推薦的浸金厚度為０．０８－０．２３μｍ。

有關(guān)金的合金與焊接工藝的一句話忠告：如果金涂層厚度超過０．８μｍ（３μ″），那么金對錫／鉛比率可能引起最終焊接點的脆弱。脆弱將造成溫度循環(huán)中的過分開裂或裝配后的板可能暴露到的其它物理應(yīng)力。

8、合金電鍍替代方案

在上阻焊層之后給板增加焊錫合金是有成本代價的，并且給基板遭受極大的應(yīng)力條件。例如用錫／鉛涂層，板插入熔化的焊錫中，然后抽出和用強(qiáng)風(fēng)將多余的錫／鉛材料去掉。溫度沖擊可能導(dǎo)致基板結(jié)構(gòu)的脫層、損壞電鍍孔和可能影響長期可靠性的缺陷。 Ｎｉ／Ａｕ涂鍍，雖然應(yīng)力較小，但不是所有電路板制造商都有的一種技術(shù)。作為對電鍍的另一種選擇，許多公司已經(jīng)找到成功的、有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的和平整的安裝表面的方法，這就是有機(jī)保護(hù)層或在裸銅上與上助焊劑涂層。

作為阻止裸銅安裝座和旁通孔／測試焊盤上氧化增長的一個方法，將一種特殊的保護(hù)劑或阻化劑涂層應(yīng)用到板上。諸如苯并三唑（Ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ）和咪唑（Ｉｍｉｄａｚｏｌｅ）這些有機(jī)／氮涂層材料被用來取代上面所描述的合金表面涂層，可從幾個渠道購買到，不同的商標(biāo)名稱。在北美洲，廣泛使用的一種產(chǎn)品是ＥＮＴＥＫ ＰＬＵＳ ＣＵ－１０６Ａ。這種涂層適合于大多數(shù)有機(jī)助焊焊接材料，在對裝配工藝中經(jīng)常遇到的三、四次高溫暴露之后仍有保護(hù)特征。多次暴露的能力是重要的。當(dāng)ＳＭＤ要焊接到裝配的主面和第二面的時候，會發(fā)生兩次對回流焊接溫度的暴露?；旌霞夹g(shù)典型的多次裝配步驟也可能包括對波峰焊接或其它焊接工藝的暴露。

9、一般成本考慮

與ＰＣＢ電鍍或涂鍍有關(guān)的成本不總是詳細(xì)界定的。一些供應(yīng)商感覺方法之間的成本差別占總的單位成本中的很小部分，所以界不界定是不重要的。其他的可能對不是其能力之內(nèi)的成本有一個額外的費用，因為板必須送出去最后加工。例如，在加州的一家公司將板發(fā)送給在德州的一家公司進(jìn)行Ｎｉ／Ａｕ電鍍。這個額外處理的費用可能沒有清晰地界定為對客戶的一個額外開支；可是，總的板成本受到影響。

每一個電鍍和涂鍍工藝都有其優(yōu)點與缺點。設(shè)計者與制造工程師必須通過試驗或工藝效率評估仔細(xì)地權(quán)衡每一個因素。在指定ＰＣＢ制造是必須考慮的問題都有經(jīng)濟(jì)以及工藝上的平衡。對于細(xì)導(dǎo)線、高元件密度或密間距技術(shù)與μＢＧＡ，平整的外形是必須的。焊盤表面涂層可以是電鍍的或涂敷的，但必須考慮裝配工藝與經(jīng)濟(jì)性。

在所有涂敷和電鍍的選擇中，Ｎｉ／Ａｕ是最萬能的（只要金的厚度低于５μ″）。電鍍工藝比保護(hù)性涂層好的優(yōu)勢是貨架壽命、永久性地覆蓋在那些不暴露到焊接工藝的旁路孔或其它電路特征的銅上面、和抗污染。雖然表面涂層特性之間的平衡將影響最終選擇，但是可行性與總的ＰＣＢ成本最可能決定最后的選擇。在北美，ＨＡＳＬ工藝傳統(tǒng)上主宰ＰＣＢ工業(yè)，但是表面的均勻性難于控制。對于密間距元件的焊接，一個受控的裝配工藝取決于一個平整均勻的安裝座。密間距元件包括ＴＳＯＰ、ＳＱＦＰ和μＢＧＡ元件族。如果密間距元件在裝配中不使用，使用ＨＡＳＬ工藝是可行的選擇。

10、阻焊層（sldermask）要求

阻焊層在控制回流焊接工藝期間的焊接缺陷中的角色是重要的，ＰＣＢ設(shè)計者應(yīng)該盡量減小焊盤特征周圍的間隔或空氣間隙。雖然許多工藝工程師寧可阻焊層分開板上所有焊盤特征，但是密間距元件的引腳間隔與焊盤尺寸將要求特殊的考慮。雖然在四邊的ＱＦＰ上不分區(qū)的阻焊層開口或窗口可能是可接受的，但是控制元件引腳之間的錫橋可能更加困難。對于ＢＧＡ的阻焊層，許多公司提供一種阻焊層，它不接觸焊盤，但是覆蓋焊盤之間的任何特征，以防止錫橋。多數(shù)表面貼裝的ＰＣＢ以阻焊層覆蓋，但是阻焊層的涂敷，如果厚度大于０．０４ｍｍ（０．００１５″），可能影響錫膏的應(yīng)用。表面貼裝ＰＣＢ，特別是那些使用密間距元件的，都要求一種低輪廓感光阻焊層。阻焊材料必須通過液體濕工藝或者干薄膜疊層來使用。干薄膜阻焊材料是以０．０７－０．１０ｍｍ（０．００３－０．００４″）厚度供應(yīng)的，可適合于一些表面貼裝產(chǎn)品，但是這種材料不推薦用于密間距應(yīng)用。很少公司提供薄到可以滿足密間距標(biāo)準(zhǔn)的干薄膜，但是有幾家公司可以提供液體感光阻焊材料。通常，阻焊的開口應(yīng)該比焊盤大０．１５ｍｍ（０．００６″）。這允許在焊盤所有邊上０．０７ｍｍ（０．００３″）的間隙。低輪廓的液體感光阻焊材料是經(jīng)濟(jì)的，通常指定用于表面貼裝應(yīng)用，提供精確的特征尺寸和間隙。

結(jié)論

密間距（ｆｉｎｅ－ｐｉｔｃｈ）、ＢＧＡ和ＣＳＰ的裝配工藝可以調(diào)整到滿足可接受的效率水平，但是彎曲的引腳和錫膏印刷的不持續(xù)性經(jīng)常給裝配工藝合格率帶來麻煩。雖然使用小型的密間距元件提供布局的靈活性，但是將很復(fù)雜的多層基板報上的元件推得更近，可能犧牲可測試性和修理。ＢＧＡ元件的使用已經(jīng)提供較高的裝配工藝合格率和更多的布局靈活性，提供較緊密的元件間隔與較短的元件之間的電路。一些公司正企圖將幾個電路功能集成到一兩個多芯片的ＢＧＡ元件中來釋放面積的限制。用戶化的或?qū)Ｓ玫模桑每梢跃徑猓校茫碌臇鸥裣拗?，但是較高的Ｉ／Ｏ數(shù)與較密的引腳間距一般都會迫使設(shè)計者使用更多的電路層，因此增加ＰＣＢ制造的復(fù)雜性與成本。

芯片規(guī)模的ＢＧＡ封裝被許多人看作是新一代手持與便攜式電子產(chǎn)品空間限制的可行答案。許多公司也正在期待改進(jìn)的功能以及更高的性能。當(dāng)為這些元件選擇最有效的接觸點間距時，必須考慮硅芯片模塊的尺寸、信號的數(shù)量、所要求的電源與接地點和在印制板上采用這些元件時的實際限制。雖然密間距的芯片規(guī)模（ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ）與芯片大小的元件被看作是新出現(xiàn)的技術(shù)，但是主要的元件供應(yīng)商和幾家主要的電子產(chǎn)品制造商已經(jīng)采用了一兩種ＣＳＰ的變化類型。在較小封裝概念中的這種迅速增長是必須的，它滿足產(chǎn)品開發(fā)商對減小產(chǎn)品尺寸、增加功能并且提高性能的需求。