高速pcb設(shè)計指南之二-在線瀏覽
2024-09-23 10:20本頁面
【正文】 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。 用于焊盤的輪廓公差方法的方式與元件的類似。單向公差是要減小焊盤尺寸，因此得當焊接點形成的較小區(qū)域。 在這個標準中，尺寸標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。這些極限允許判斷焊盤通過／不通過的條件。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小 或至少 的材料條件。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。當為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。芯片模塊 “面朝上 ”的結(jié)構(gòu)通常是當供應(yīng)商正在使用ＣＯＢ（ｃｈｉｐ－ｏｎ－ｂｏａｒｄ）（內(nèi)插器）技術(shù)時才采用的。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。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)。 在該文件中詳細敘述的柵格陣列封裝外形在ＪＥＤＥＣ的９５出版物中提供。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。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。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。ＪＥＤＥＣ ＪＣ－１１批準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。下面的例子代表為將來的標準考慮的一些其它變量。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。 ０．５０ｍｍ的接觸點排列間隔是ＪＥＤＥＣ推薦最小的?？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。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。 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。例如，那些使用剛性內(nèi)插器 (ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ )結(jié)構(gòu)的、由陶瓷或有機基板制造的不能緊密地配合硅芯片的外形。 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。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。 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。這種結(jié)構(gòu)在工業(yè)中有最廣泛的認同，因為其建立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和無比的可靠性。 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。在最后確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。 圖三、ＢＧＡ的焊盤可以通過化學腐蝕的圖案來界定， 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。對要求間隔小于所推薦值的應(yīng)用，咨詢印制板供應(yīng)商。 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。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、 BGA元件安裝的焊盤圖形 接觸點間距 （基本的） 標準球直徑 焊盤直徑 (mm) 最小 名義 最大 最小 最大 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。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。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。 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 (Ｓ ＭＤ )的模板的精確定位，要求一些視覺或攝像機幫助的對中方法。模板印刷機的攝相機系統(tǒng)自動將板對準模板，達到準確的錫膏轉(zhuǎn)移。在組合板的每一個裝配單元內(nèi)也必須提供局部基準點目標，以幫助自動元件貼裝。 在所有位置推薦使用一個基準點 的尺寸。該點必須沒有阻焊層，以保證攝相機可以快速識別。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。 至于在錫膏印刷模板夾具上提供的基準點，一些系統(tǒng)檢測模板的定面，而另一些則檢測底面。 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。選擇性地去掉銅箔的減去法 化學腐蝕 繼續(xù)在ＰＣＢ工業(yè)廣泛使用。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。銅導體用環(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。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。例如，ＴＡＢ (ｔａｂｌｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄ )元件可能具有小于０．２５ｍｍ的引腳間距。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。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。 密間距的ＳＱＦＰ、ＴＳＯＰ和ＢＧＡ元件要求非常均勻和平整的表面涂層。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。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。 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０．８ μｍ（３ μ″），那么金對錫／鉛比率可能引起最終焊接點的脆弱。 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。溫度沖擊可能導致基板結(jié)構(gòu)的脫層、損壞電鍍孔和可能影 響長期可靠性的缺陷。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)濟優(yōu)勢的和平整的安裝表面的方法，這就是有機保護層或在裸銅上與上助焊劑涂層。諸如苯并三唑（Ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ）和咪唑（Ｉｍｉｄａｚｏｌｅ）這些有機／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，不同的商標名稱。這種涂層適合于大多數(shù)有機助焊焊接材料，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特征。當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。 一般成本考慮 與ＰＣＢ電鍍或涂鍍有關(guān)的成本不總是詳細界定的。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。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。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地權(quán)衡每一個因素。對于細導線、高元件密度或密間距技術(shù)與 μＢＧＡ，平整的外形是必須的。
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