球柵陣列BGA封裝和PCB設(shè)計(jì)指南

本應(yīng)用筆記討論了Maxim Integrated的BGA封裝，并提供了PCB設(shè)計(jì)和電路板組裝工藝指南。

介紹

Maxim的BGA封裝由一個(gè)或多個(gè)骰子組成，這些芯片連接到層壓基板，采用引線鍵合或 倒裝芯片配置。某些封裝可能包含表面貼裝元件 （SMT），具體取決于 應(yīng)用。封裝橫截面的代表性圖像如圖1所示。

圖1.美信BGA封裝截面圖（不按比例）

印刷電路板設(shè)計(jì)

Maxim BGA封裝采用阻焊層定義（SMD）引腳/球。

表面貼裝器件使用兩種類型的焊盤模式：

阻焊層定義 （SMD） 焊盤的阻焊層開口比金屬焊盤小.

非阻焊層定義 （NSMD） 焊盤的阻焊層開口大于金屬焊盤。

Maxim建議使用NSMD焊盤，因?yàn)榫哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：（i）銅蝕刻工藝具有更好的控制 與阻焊相比，（ii）NSMD為焊料錨定提供了較大的金屬區(qū)域（焊盤面積+焊盤的垂直邊緣）。

IPC-7351指南可用于根據(jù)相應(yīng)封裝的封裝外形圖設(shè)計(jì)PCB焊盤圖案。 IPC焊盤模式計(jì)算器可從IPC網(wǎng)站（www.ipc.org）下載。

對(duì)于 NSMD

建議PCB焊盤尺寸等于BGA球尺寸.阻焊層開口應(yīng)為 BGA 球尺寸 + 0.1mm.

圖2.NSMD土地墊圖案的插圖。

印刷電路板表面光潔度

選擇合適的PCB焊盤表面光潔度對(duì)于確保最終電路板組件的最佳制造至關(guān)重要。 下面列出了PCB焊盤的常用表面處理：

OSP（有機(jī)可焊性防腐劑）—推薦

ENIG（化學(xué)鍍鎳，沉金）—推薦

電鍍鎳，金

浸沒式銀

浸入式錫n

模板設(shè)計(jì)

模板厚度和圖案幾何形狀決定了沉積到設(shè)備上的焊膏的精確體積 土地模式。鋼網(wǎng)對(duì)準(zhǔn)精度和一致的焊料量轉(zhuǎn)移對(duì)于均勻焊料至關(guān)重要 回流 焊。不銹鋼模板是首選.模板應(yīng)進(jìn)行激光切割，然后進(jìn)行電拋光，以獲得更好的效果 比常規(guī)激光切割模板釋放。

推薦的模板厚度為 4 密耳（0.100 毫米）。

模板孔建議呈圓形， 與PCB焊盤尺寸相同. 必須嚴(yán)格控制公差，因?yàn)樗鼈兛梢杂行У販p小孔徑尺寸?？妆?應(yīng)：（i）光滑，和（ii）具有梯形橫截面（底部開口大于頂部）以增強(qiáng) 焊膏從孔中釋放。模板孔徑必須滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)面積比 （孔徑開口面積/孔徑壁面積）>0.66。

焊膏

建議使用低殘留、免清潔焊膏來安裝 BGA 封裝。III型或IV型焊膏最適合 適用于Maxim模塊中的典型間距。建議在焊料回流期間進(jìn)行氮?dú)獯祾?。遵循漿料供應(yīng)商的 建議相應(yīng)焊膏的模板清潔頻率。

推薦的焊膏成分如下所示：

無鉛（推薦）：SAC （錫銀銅）合金 （SAC305）

鉛基： 錫/鉛合金 （錫63Pb37）

絲網(wǎng)印刷

應(yīng)使用45°至60°打印角度的金屬擠壓。對(duì)于打印，應(yīng)使用20mm / sec作為起始 速度，根據(jù)需要增加速度。擠壓時(shí)應(yīng)施加~10N / mm的壓力，同時(shí) 印刷。距離的捕捉應(yīng)為 0mm。另外，建議進(jìn)行印后焊料檢查 以檢查打印質(zhì)量。

放置

精度為 0.05mm 的標(biāo)準(zhǔn)拾取和放置機(jī)可用于將 BGA 模塊放置在印刷品上 焊料。建議使用較低的安裝速度，以防止?jié){料擠出。

回流 焊

建議使用帶氮?dú)獾膹?qiáng)制對(duì)流烘箱，溫度均勻度在±5°C以內(nèi)。 應(yīng)遵循焊膏數(shù)據(jù)手冊(cè)中的回流曲線指南。該指南基于 實(shí)際關(guān)節(jié)位置的溫度;焊點(diǎn)的實(shí)際溫度通常與 回流焊系統(tǒng)中的溫度設(shè)置取決于電路板密度、電路板厚度和其他安裝部件 在董事會(huì)上。建議在焊點(diǎn)位置使用熱電偶檢查輪廓 在用于實(shí)際電路板互連回流之前。圖3顯示了推薦的回流曲線 用于無鉛焊料，符合 JEDEC JSTD-020 標(biāo)準(zhǔn)。

不應(yīng)對(duì)這些 BGA 模塊執(zhí)行雙面回流焊.

圖3.推薦的無鉛焊料回流曲線，符合JEDEC JSTD-020標(biāo)準(zhǔn)。

清洗

如果使用低殘留、免清洗的焊膏，通常不需要清潔。建議 遵守供應(yīng)商的清潔準(zhǔn)則。如果進(jìn)行清潔，板子需要稍后干燥。

焊點(diǎn)空洞

IPC 建議焊點(diǎn)的最大空隙規(guī)格為 25%。如果觀察到更高的排尿百分比， 增加浸泡時(shí)間可以作為一種選擇進(jìn)行評(píng)估。

重做

組件拆卸

對(duì)于零件的任何返工，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)姆倒づ_(tái)。強(qiáng)烈建議烘烤 在 125°C 下組裝 PCB 24 小時(shí)，以在移除組件之前消除殘留水分.印刷電路板底部 應(yīng)使用對(duì)流加熱器加熱，同時(shí)在組件的頂部使用熱空氣或氣體 （這是為了防止翹曲）。應(yīng)使用特殊的噴嘴將空氣引導(dǎo)至組件，以便僅按順序 以減少相鄰組件的發(fā)熱。應(yīng)在頂部和底部使用熱電偶進(jìn)行監(jiān)測(cè) 零件的實(shí)際溫度。最高零件溫度應(yīng)高于液相線溫度217°C， 但不應(yīng)超過260°C。 接頭回流后，真空提離應(yīng)自動(dòng)接合 在從回流焊到冷卻的過渡期間。真空壓力應(yīng)保持在 15 英寸以下。汞含量，以確保 如果所有接頭均未回流，則不會(huì)抬出組件。

現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救

拆卸組件后， 應(yīng)正確清潔PCB部位， 同時(shí)注意焊盤不是 破。然后應(yīng)用溶劑清潔PCB焊盤;溶劑通常特定于糊劑的類型 在原始程序集中使用。應(yīng)遵循糊劑制造商的建議。

錫膏印刷

建議使用微型模板在組件部位的PCB表面上打印焊膏。 遵循模板厚度、模板設(shè)計(jì)、焊接建議和絲網(wǎng)印刷指南，如 原裝印刷電路板組裝。在更換新部件之前檢查現(xiàn)場(chǎng)。

元件放置

應(yīng)使用新的更換部件;不建議使用移除的部分。分束光學(xué)系統(tǒng) 應(yīng)該用于對(duì)齊PCB上的組件（因?yàn)橐€位于封裝底部），因?yàn)檫@將 提供覆蓋在配接封裝上的引線圖像，并有助于正確對(duì)齊。一個(gè) 應(yīng)使用貼片精度為0.05mm的貼片機(jī)。

回流 焊

建議使用與初始元件連接回流相同的回流曲線。X射線可以是 用于確保所有接頭成功形成。

單位運(yùn)輸

零件將以托盤或卷帶形式發(fā)貨。所有部件都將用干燥劑烘烤和干燥包裝，并 濕度指示卡。如果濕度指示卡變?yōu)榉奂t色，或者部件已暴露在 包裝應(yīng)超過其地板壽命，應(yīng)在 125°C 下烘烤 48 小時(shí)。參考 JEDEC 規(guī)范 J-STD-033C 用于正確使用濕氣/回流焊敏感表面貼裝器件。

可施加在Maxim BGA封裝上的最大允許向下壓力。

應(yīng)遵循以下指南，以獲得可應(yīng)用于頂部的最大向下壓力 美信的BGA封裝。這些準(zhǔn)則假定印刷電路板 （PCB） 得到正確支持，以防止 彎曲或彎曲。

在一次性實(shí)例（例如，散熱器連接）期間施加的最大向下力不應(yīng)超過 ~20 克/BGA 球

施加的最大連續(xù)/持續(xù)力不應(yīng)超過 ~4 克/BGA 球

這些是嚴(yán)格的準(zhǔn)則，可能需要進(jìn)一步優(yōu)化。

審核編輯：郭婷