[转]如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂(SolderMask Defined, SMD)

隨著公司的產品從桌上型(Desktop)機種漸漸往手持式(Portal)產品移動,公司的產品也越做越小,PCB也越做越薄,在設計及製造上所面臨的挑戰也越來越高。

最近碰上比較棘手的問題是【BGA開裂】,其實之前也有碰到過BGA開裂,當時只是把Underfill加上去就解決了問題,這次則是連Underfill都開裂了,在還沒找到BGA開裂的真正原因以前,新產品的設計也必須加強焊墊/焊盤的強度設計。

如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂

一般PCB的焊墊/焊盤(pad)有兩種設計,一種是銅箔獨立為焊墊(pad),[solder mask]開窗大於pad,稱為【Copper Defined Pad Design】或【Non-SolderMask Defined】,這種焊墊設計的優點是焊錫性佳,因為在焊墊的三面都可以吃上錫,而且也可以精準的控制焊墊的位置與大小,另外走線(trace)也比較容易佈線,因為焊墊尺寸相對比較小。

但是缺點是焊墊銅箔比較容易被外力撕裂開來,因為焊墊較小,所以焊墊的附著於電路板的力道也就相對較小。

這種BGA焊墊設計通常需要伴隨使用Underfill來加強落下(drop test)時BGA承受外力的能力。

如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂

另一種焊墊的設計是將[solder mask](綠漆/綠油)覆蓋於銅箔上並露出沒有被mask的銅箔來形成焊墊(pad),這種焊墊設計稱為【Solder-mask Defined Pad Design,SMD】。這種焊墊設計可以有效加強焊墊的強度(strength),並且強化落下測試(drop test)時的承受能力。依據實驗測試結果,這種【Solder-mask Defined Pad Design】焊墊設計的拉力承受能力比【Copper Defined Pad Design】提昇了53%。

如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂

但是,相對的其缺點就是焊錫性會受到影響,因為[Solder Mask](綠漆)會受到回焊爐高溫的影響而膨脹,進而影響到錫膏的吃錫面積,另一個問題則是綠漆的印刷的位置定位比銅箔來得差,也就是綠漆印刷的偏差量比銅箔來的大多了,有可能會影響到焊墊的大小及相對位置。再來是因為銅箔的面積加大了,所以相對的可以走線的區域也就變小了,走線變得更困難。

不過,即使【Solder-mask Defined Pad Design】有這些焊錫性變差及走線變難的問題,對於手持式的產品還是很值得去賞試,畢竟這種設計可以提昇BGA整體的強度,提高信賴度,如果可以因此不用加點Underfill膠,那就Perfect了。

下面的圖片說明【Solder-mask Defined Pad Design】及【Copper Defined Pad Design】焊墊設計的拉力測試結果(155-101)/101=53%。

如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂

如何設計加強產品的BGA焊墊強度以防止BGA開裂

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http://www.researchmfg.com/2014/10/bga-pad-design/

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