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高速PCB設計指南之二
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增大字體第一篇 高密度(HD)電路的設計
本文介紹，許多人把芯片規模的ＢＧＡ封裝看作是由便攜式電子產品所需的空間限制的一個可行的解決方案，它同時滿足這些產品更高功能與性能的要求。為便攜式產品的高密度電路設計應該為裝配工藝著想。
當為今天價值推動的市場開發電子產品時，性能與可靠性是 優先考慮的。為了在這個市場上競爭，開發者還必須注重裝配的效率，因為這樣可以控制制造成本。電子產品的技術進步和不斷增長的復雜性正產生對更高密度電路制造方法的需求。當設計要求表面貼裝、密間距和向量封裝的集成電路ＩＣ時，可能要求具有較細的線寬和較密間隔的更高密度電路板。可是，展望未來，一些已經在供應微型旁路孔、序列組裝電路板的公司正大量投資來擴大能力。這些公司認識到便攜式電子產品對更小封裝的目前趨勢。單是通信與個人計算產品工業就足以領導全球的市場。
高密度電子產品的開發者越來越受到幾個因素的挑戰：物理復雜元件上更密的引腳間隔、財力貼裝必須很精密、和環境許多塑料封裝吸潮，造成裝配處理期間的破裂。物理因素也括安裝工藝的復雜性與 終產品的可靠性。進一步的財政決定必須考慮產品將如何制造和裝配設備效率。較脆弱的引腳元件，如０．５０與０．４０ｍｍ０．０２０″與０．０１６″引腳間距的ＳＱＦＰｓｈｒｉｎｋ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋ，可能在維護一個持續的裝配工藝合格率方面向裝配專家提出一個挑戰。 成功的開發計劃是那些已經實行工藝認證的電路板設計指引和工藝認證的焊盤幾何形狀。
在環境上，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。可能的時候，焊盤形狀應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、經受波峰、回流或其它焊接，焊盤與零件尺寸應該優化，以保證適當的焊接點與檢查標準。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，它們受到可生產性水平和與電鍍、腐蝕、裝配或其它條件有關的公差的限制。生產性方面也與阻焊層的使用和在阻焊與導體圖案之間的對齊定位有關。
1、焊盤的要求
國際電子技術委員會ＩＥＣ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ的６１１８８標準認識到對焊接圓角或焊盤凸起條件的不同目標的需要。這個新的國際標準確認兩個為開發焊盤形狀提供信息的基本方法：
１)．基于工業元件規格、電路板制造和元件貼裝精度能力的準確資料。這些焊盤形狀局限于一個特定的元件，有一個標識焊盤形狀的編號。
２)．一些方程式可用來改變給定的信息，以達到一個更穩健的焊接連接，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備比在決定焊盤細節時所假設的精度有或多或少的差別。
該標準為用于貼裝各種引腳或元件端子的焊盤定義了 大、中等和 小材料情況。除非另外標明，這個標準將所有三中“希望目標”標記為一級、二級或三級。
一級： 大 － 用于低密度產品應用，“ 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品可以考慮采用這個“中等”的焊盤幾何形狀。與ＩＰＣ－ＳＭ－７８２標準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健的焊接條件，并且應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的條件。
三級： 小 － 具有高元件密度的產品通常是便攜式產品應用可以考慮“ 小”焊盤幾何形狀。 小焊盤幾何形狀的選擇可能不適合于所有的產品。在采用 小的焊盤形狀之前，使用這應該考慮產品的限制條件，基于表格中所示的條件進行試驗。
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該接納元件公差和工藝變量。雖然在ＩＰＣ標準中的焊盤已經為使用者的多數裝配應用提供一個穩健的界面，但是一些公司已經表示了對采用 小焊盤幾何形狀的需要，以用于便攜式電子產品和其它獨特的高密度應用。
國際焊盤標準(ＩＥＣ６１１８８)了解到更高零件密度應用的要求，并提供用于特殊產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的表面貼裝焊盤的尺寸、形狀和公差，以保證適當焊接圓角的足夠區域，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： 大焊盤(一級)、中等焊盤(二級)和 小焊盤(三級)。
圖一、兩個端子的、矩形電容與電阻元件的IEC標準可以不同以滿足特殊產品應用
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 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， 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標準定義了三種可能的變量以滿足用戶的應用
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 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備有一個更穩健的工藝條件，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。這括元件、板或貼裝精度的擴散，以及 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 大尺寸提供一個預計的焊盤圖形。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域。為了使開孔的尺寸標注系統容易，焊盤是跨過內外極限標注尺寸的。
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 大與 小尺寸。當焊盤在其 大尺寸時，結果可能是 小可接受的焊盤之間的間隔；相反，當焊盤在其 小尺寸時，結果可能是 小的可接受焊盤，需要達到可靠的焊接點。這些極限允許判斷焊盤通過／不通過的條件。
假設焊盤幾何形狀是正確的，并且電路結構的 終都滿足所有規定標準，焊接缺陷應該可以減少；盡管如此，焊接缺陷還可能由于材料與工藝變量而發生。為密間距ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ開發焊盤的設計者必須建立一個可靠的焊接連接所要求的 小腳尖與腳跟，以及在元件封裝特征上允許 大與 小或至少的材料條件。
表三、J形引腳 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
表四、圓柱形端子（MELF） (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
表五、只有底面的端子 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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
側面-焊盤突出 0.2 0.1 0
開井余量 0.25 0.1 0.05
圓整因素 近0.5 近0.05 近0.05
表六、內向L形帶狀引腳 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
2、BGA與CAP
ＢＧＡ封裝已經發展到滿足現在的焊接安裝技術。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標準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。當為ＢＧＡ元件建立接觸點布局和引線排列時，封裝開發者必須考慮芯片設計以及芯片塊的尺寸和形狀。在技術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”的結構通常是當供應商正在使用ＣＯＢ（ｃｈｉｐ－ｏｎ－ｂｏａｒｄ）（內插器）技術時才采用的。
元件構造，以及在其制造中使用的材料結合，不在這個工業標準與指引中定義。每一個制造商都將企圖將其特殊的結構勝任用戶所定義的應用。例如消費產品可能有一個相對良好的工作環境，而工業或汽車應用的產品經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。因為芯片安裝結構是剛性材料，芯片模塊安裝座一般以導體定中心，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格允許很大的靈活性，如引腳間隔、接觸點矩陣布局與構造。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，行與列排列有雙數或單數。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域內減少接觸點的位置。
3、芯片規模的BGA變量
針對“密間距”和“真正芯片大小”的ＩＣ封裝， 近開發的ＪＥＤＥＣ ＢＧＡ指引提出許多物理屬性，并為封裝供應商提供“變量”形式的靈活性。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 大為１．２０ｍｍ。下面的例子代表為將來的標準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。許多公司已經選擇對較低Ｉ／Ｏ數的ＣＳＰ不采用０．５０ｍｍ間距。較大的球間距可能減輕 終用戶對更復雜的印刷電路板(ＰＣＢ)技術的需求。
０．５０ｍｍ的接觸點排列間隔是ＪＥＤＥＣ推薦 小的。接觸點直徑規定為０．３０ｍｍ，公差范圍為 小０．２５、 大０．３５ｍｍ。可是大多數采用０．５０ｍｍ間距的ＢＧＡ應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數的應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。
4、考慮封裝技術
元件的環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應用的封裝技術首先必須滿足環境標準。例如，那些使用剛性內插器(ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ)結構的、由陶瓷或有機基板制造的不能緊密地配合硅芯片的外形。元件四周的引線接合座之間的互連必須流向內面。μＢＧＡ* 封裝結構的一個實際優勢是它在硅芯片模塊外形內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構，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插器上球接觸座之間的互連。依順材料的獨特結合使元件能夠忍受極端惡劣的環境。這種封裝已經由一些主要的ＩＣ制造商用來滿足具有廣泛運作環境的應用。
超過２０家主要的ＩＣ制造商和封裝服務提供商已經采用了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。這種結構在工業中有 廣泛的認同，因為其建立的基礎結構和無比的可靠性。μＢＧＡ封裝的材料與引腳設計的獨特系統是在物理上順應的，補償了硅芯片與ＰＣＢ結構的溫度膨脹系統的較大差別。
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，可以調節直徑來滿足接觸點間隔和尺寸的變化。焊盤直徑應該不大于封裝上接觸點或球的直徑，經常比球接觸點規定的正常直徑小１０％。在 后確定焊盤排列與幾何形狀之前，參考ＩＰＣ－ＳＭ－７８２第１４．０節或制造商的規格。
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。阻焊間隔應該 小離腐蝕的銅焊盤０．０７５ｍｍ。對要求間隔小于所推薦值的應用，咨詢印制板供應商。
阻焊定義焊盤圖形 － 如果使用阻焊界定的圖形，相應地調整焊盤直徑，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準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） 標準球直徑 焊盤直徑 (mm)
小 名義 大 小 - 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應用維持一個不變的接觸點直徑。可是，因為一些０．６５與０．８０ｍｍ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，設計者應該在制定焊盤直徑之前參考專門的供應商規格。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封裝變量的可能發現焊盤中的旁路孔(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。 ★★★★★手機維修培訓、家電維修培訓、電工培訓、電腦維修培訓、焊工培訓--面向全國火爆招生! 湖南省陽光電子技術學校常年面向全國招生(http://www.hnygpx.com 報名電話：13807313137)。安置就業。考試合格頒發全國通用權威證書：《中華人民共和國職業資格證》 、《電工證》 、《焊工證》 。采用我校多年來獨創的“模塊教學法”,理論與實踐相結合、原理＋圖紙＋機器三位一體的教學模式，半天理論，半天實踐，通俗易懂，確保無任何基礎者也能全面掌握維修技能、成為同行業中的佼佼者。工作(一期不會，免費學會為止)。
本文介紹，許多人把芯片規模的ＢＧＡ封裝看作是由便攜式電子產品所需的空間限制的一個可行的解決方案，它同時滿足這些產品更高功能與性能的要求。為便攜式產品的高密度電路設計應該為裝配工藝著想。
當為今天價值推動的市場開發電子產品時，性能與可靠性是 優先考慮的。為了在這個市場上競爭，開發者還必須注重裝配的效率，因為這樣可以控制制造成本。電子產品的技術進步和不斷增長的復雜性正產生對更高密度電路制造方法的需求。當設計要求表面貼裝、密間距和向量封裝的集成電路ＩＣ時，可能要求具有較細的線寬和較密間隔的更高密度電路板。可是，展望未來，一些已經在供應微型旁路孔、序列組裝電路板的公司正大量投資來擴大能力。這些公司認識到便攜式電子產品對更小封裝的目前趨勢。單是通信與個人計算產品工業就足以領導全球的市場。
高密度電子產品的開發者越來越受到幾個因素的挑戰：物理復雜元件上更密的引腳間隔、財力貼裝必須很精密、和環境許多塑料封裝吸潮，造成裝配處理期間的破裂。物理因素也括安裝工藝的復雜性與 終產品的可靠性。進一步的財政決定必須考慮產品將如何制造和裝配設備效率。較脆弱的引腳元件，如０．５０與０．４０ｍｍ０．０２０″與０．０１６″引腳間距的ＳＱＦＰｓｈｒｉｎｋ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋ，可能在維護一個持續的裝配工藝合格率方面向裝配專家提出一個挑戰。 成功的開發計劃是那些已經實行工藝認證的電路板設計指引和工藝認證的焊盤幾何形狀。
在環境上，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。可能的時候，焊盤形狀應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、經受波峰、回流或其它焊接，焊盤與零件尺寸應該優化，以保證適當的焊接點與檢查標準。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，它們受到可生產性水平和與電鍍、腐蝕、裝配或其它條件有關的公差的限制。生產性方面也與阻焊層的使用和在阻焊與導體圖案之間的對齊定位有關。
1、焊盤的要求
國際電子技術委員會ＩＥＣ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ的６１１８８標準認識到對焊接圓角或焊盤凸起條件的不同目標的需要。這個新的國際標準確認兩個為開發焊盤形狀提供信息的基本方法：
１)．基于工業元件規格、電路板制造和元件貼裝精度能力的準確資料。這些焊盤形狀局限于一個特定的元件，有一個標識焊盤形狀的編號。
２)．一些方程式可用來改變給定的信息，以達到一個更穩健的焊接連接，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備比在決定焊盤細節時所假設的精度有或多或少的差別。
該標準為用于貼裝各種引腳或元件端子的焊盤定義了 大、中等和 小材料情況。除非另外標明，這個標準將所有三中“希望目標”標記為一級、二級或三級。
一級： 大 － 用于低密度產品應用，“ 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品可以考慮采用這個“中等”的焊盤幾何形狀。與ＩＰＣ－ＳＭ－７８２標準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健的焊接條件，并且應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的條件。
三級： 小 － 具有高元件密度的產品通常是便攜式產品應用可以考慮“ 小”焊盤幾何形狀。 小焊盤幾何形狀的選擇可能不適合于所有的產品。在采用 小的焊盤形狀之前，使用這應該考慮產品的限制條件，基于表格中所示的條件進行試驗。
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該接納元件公差和工藝變量。雖然在ＩＰＣ標準中的焊盤已經為使用者的多數裝配應用提供一個穩健的界面，但是一些公司已經表示了對采用 小焊盤幾何形狀的需要，以用于便攜式電子產品和其它獨特的高密度應用。
國際焊盤標準(ＩＥＣ６１１８８)了解到更高零件密度應用的要求，并提供用于特殊產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的表面貼裝焊盤的尺寸、形狀和公差，以保證適當焊接圓角的足夠區域，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： 大焊盤(一級)、中等焊盤(二級)和 小焊盤(三級)。
圖一、兩個端子的、矩形電容與電阻元件的IEC標準可以不同以滿足特殊產品應用
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 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， 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標準定義了三種可能的變量以滿足用戶的應用
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 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備有一個更穩健的工藝條件，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。這括元件、板或貼裝精度的擴散，以及 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 大尺寸提供一個預計的焊盤圖形。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域。為了使開孔的尺寸標注系統容易，焊盤是跨過內外極限標注尺寸的。
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 大與 小尺寸。當焊盤在其 大尺寸時，結果可能是 小可接受的焊盤之間的間隔；相反，當焊盤在其 小尺寸時，結果可能是 小的可接受焊盤，需要達到可靠的焊接點。這些極限允許判斷焊盤通過／不通過的條件。
假設焊盤幾何形狀是正確的，并且電路結構的 終都滿足所有規定標準，焊接缺陷應該可以減少；盡管如此，焊接缺陷還可能由于材料與工藝變量而發生。為密間距ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ開發焊盤的設計者必須建立一個可靠的焊接連接所要求的 小腳尖與腳跟，以及在元件封裝特征上允許 大與 小或至少的材料條件。
表三、J形引腳 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
表四、圓柱形端子（MELF） (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
表五、只有底面的端子 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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
側面-焊盤突出 0.2 0.1 0
開井余量 0.25 0.1 0.05
圓整因素 近0.5 近0.05 近0.05
表六、內向L形帶狀引腳 (單位:mm)
焊盤特性 大一級 中等二級 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 近0.5 近0.05 近0.05
2、BGA與CAP
ＢＧＡ封裝已經發展到滿足現在的焊接安裝技術。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標準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。當為ＢＧＡ元件建立接觸點布局和引線排列時，封裝開發者必須考慮芯片設計以及芯片塊的尺寸和形狀。在技術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”的結構通常是當供應商正在使用ＣＯＢ（ｃｈｉｐ－ｏｎ－ｂｏａｒｄ）（內插器）技術時才采用的。
元件構造，以及在其制造中使用的材料結合，不在這個工業標準與指引中定義。每一個制造商都將企圖將其特殊的結構勝任用戶所定義的應用。例如消費產品可能有一個相對良好的工作環境，而工業或汽車應用的產品經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。因為芯片安裝結構是剛性材料，芯片模塊安裝座一般以導體定中心，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格允許很大的靈活性，如引腳間隔、接觸點矩陣布局與構造。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，行與列排列有雙數或單數。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域內減少接觸點的位置。
3、芯片規模的BGA變量
針對“密間距”和“真正芯片大小”的ＩＣ封裝， 近開發的ＪＥＤＥＣ ＢＧＡ指引提出許多物理屬性，并為封裝供應商提供“變量”形式的靈活性。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 大為１．２０ｍｍ。下面的例子代表為將來的標準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。許多公司已經選擇對較低Ｉ／Ｏ數的ＣＳＰ不采用０．５０ｍｍ間距。較大的球間距可能減輕 終用戶對更復雜的印刷電路板(ＰＣＢ)技術的需求。
０．５０ｍｍ的接觸點排列間隔是ＪＥＤＥＣ推薦 小的。接觸點直徑規定為０．３０ｍｍ，公差范圍為 小０．２５、 大０．３５ｍｍ。可是大多數采用０．５０ｍｍ間距的ＢＧＡ應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數的應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。
4、考慮封裝技術
元件的環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應用的封裝技術首先必須滿足環境標準。例如，那些使用剛性內插器(ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ)結構的、由陶瓷或有機基板制造的不能緊密地配合硅芯片的外形。元件四周的引線接合座之間的互連必須流向內面。μＢＧＡ* 封裝結構的一個實際優勢是它在硅芯片模塊外形內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構，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插器上球接觸座之間的互連。依順材料的獨特結合使元件能夠忍受極端惡劣的環境。這種封裝已經由一些主要的ＩＣ制造商用來滿足具有廣泛運作環境的應用。
超過２０家主要的ＩＣ制造商和封裝服務提供商已經采用了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。這種結構在工業中有 廣泛的認同，因為其建立的基礎結構和無比的可靠性。μＢＧＡ封裝的材料與引腳設計的獨特系統是在物理上順應的，補償了硅芯片與ＰＣＢ結構的溫度膨脹系統的較大差別。
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，可以調節直徑來滿足接觸點間隔和尺寸的變化。焊盤直徑應該不大于封裝上接觸點或球的直徑，經常比球接觸點規定的正常直徑小１０％。在 后確定焊盤排列與幾何形狀之前，參考ＩＰＣ－ＳＭ－７８２第１４．０節或制造商的規格。
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。阻焊間隔應該 小離腐蝕的銅焊盤０．０７５ｍｍ。對要求間隔小于所推薦值的應用，咨詢印制板供應商。
阻焊定義焊盤圖形 － 如果使用阻焊界定的圖形，相應地調整焊盤直徑，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準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） 標準球直徑 焊盤直徑 (mm)
小 名義 大 小 - 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應用維持一個不變的接觸點直徑。可是，因為一些０．６５與０．８０ｍｍ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，設計者應該在制定焊盤直徑之前參考專門的供應商規格。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封裝變量的可能發現焊盤中的旁路孔(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。 ★★★★★手機維修培訓、家電維修培訓、電工培訓、電腦維修培訓、焊工培訓--面向全國火爆招生! 湖南省陽光電子技術學校常年面向全國招生(http://www.hnygpx.com 報名電話：13807313137)。安置就業。考試合格頒發全國通用權威證書：《中華人民共和國職業資格證》 、《電工證》 、《焊工證》 。采用我校多年來獨創的“模塊教學法”,理論與實踐相結合、原理＋圖紙＋機器三位一體的教學模式，半天理論，半天實踐，通俗易懂，確保無任何基礎者也能全面掌握維修技能、成為同行業中的佼佼者。工作(一期不會，免費學會為止)。
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作者：佚名
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