球柵陣列BGA封裝和PCB設計指南

本應用筆記討論了Maxim Integrated的BGA封裝，并提供了PCB設計和電路板組裝工藝指南。

介紹

Maxim的BGA封裝由一個或多個骰子組成，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）

印刷電路板設計

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，因為具有以下優(yōu)點：（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)相應封裝的封裝外形圖設計PCB焊盤圖案。 IPC焊盤模式計算器可從IPC網(wǎng)站（www.ipc.org）下載。

對于 NSMD

建議PCB焊盤尺寸等于BGA球尺寸.阻焊層開口應為 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焊盤表面光潔度對于確保最終電路板組件的最佳制造至關重要。 下面列出了PCB焊盤的常用表面處理：

OSP（有機可焊性防腐劑）—推薦

ENIG（化學鍍鎳，沉金）—推薦

電鍍鎳，金

浸沒式銀

浸入式錫n

模板設計

模板厚度和圖案幾何形狀決定了沉積到設備上的焊膏的精確體積 土地模式。鋼網(wǎng)對準精度和一致的焊料量轉移對于均勻焊料至關重要 回流 焊。不銹鋼模板是首選.模板應進行激光切割，然后進行電拋光，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. 必須嚴格控制公差，因為它們可以有效地減小孔徑尺寸?？妆?應：（i）光滑，和（ii）具有梯形橫截面（底部開口大于頂部）以增強 焊膏從孔中釋放。模板孔徑必須滿足行業(yè)標準面積比 （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行氮氣吹掃。遵循漿料供應商的 建議相應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

應使用45°至60°打印角度的金屬擠壓。對于打印，應使用20mm / sec作為起始 速度，根據(jù)需要增加速度。擠壓時應施加~10N / mm的壓力，同時 印刷。距離的捕捉應為 0mm。另外，建議進行印后焊料檢查 以檢查打印質量。

放置

精度為 0.05mm 的標準拾取和放置機可用于將 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

建議使用帶氮氣的強制對流烘箱，溫度均勻度在±5°C以內(nèi)。 應遵循焊膏數(shù)據(jù)手冊中的回流曲線指南。該指南基于 實際關節(jié)位置的溫度;焊點的實際溫度通常與 回流焊系統(tǒng)中的溫度設置取決于電路板密度、電路板厚度和其他安裝部件 在董事會上。建議在焊點位置使用熱電偶檢查輪廓 在用于實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 標準。

不應對這些 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標準。

清洗

如果使用低殘留、免清洗的焊膏，通常不需要清潔。建議 遵守供應商的清潔準則。如果進行清潔，板子需要稍后干燥。

焊點空洞

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

重做

組件拆卸

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

現(xiàn)場補救

拆卸組件后， 應正確清潔PCB部位， 同時注意焊盤不是 破。然后應用溶劑清潔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、模板設計、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。

元件放置

應使用新的更換部件;不建議使用移除的部分。分束光學系統(tǒng) 應該用于對齊PCB上的組件（因為引線位于封裝底部），因為這將 提供覆蓋在配接封裝上的引線圖像，并有助于正確對齊。一個 應使用貼片精度為0.05mm的貼片機。

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 包裝應超過其地板壽命，應在 125°C 下烘烤 48 小時。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。

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

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

施加的最大連續(xù)/持續(xù)力不應超過 ~4 克/BGA 球

這些是嚴格的準則，可能需要進一步優(yōu)化。

審核編輯：郭婷