隨著時(shí)間的推移，采用 BGA 封裝的器件密度不斷提高，焊球數(shù)量也越來(lái)越多。由于器件之間的間距較小，焊球數(shù)量龐大且間距縮小，如今即使是一些簡(jiǎn)單的器件，也需要采用盤(pán)中孔的 HDI 工藝。為了確保良率，在組裝時(shí)需要特別注意這些器件，并通過(guò)有針對(duì)性的 X 射線檢查，確保成功焊接。

進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段后，通常會(huì)面臨降低成本的壓力。為此，人們往往從高焊球數(shù)器件上的焊膏印刷入手。更換材料后，最常見(jiàn)的一種降本措施是減少耗材使用，而焊料是 PCB 組裝過(guò)程中消耗量最大的材料。

BGA 組裝良率

BGA 的焊接通常需要額外在裸 PCB 的焊盤(pán)圖案上涂覆一些焊膏。雖然不同的組裝廠可能采用不同的指南，但基本原則不變：涂覆焊膏是確保標(biāo)準(zhǔn)焊盤(pán)尺寸上有足夠焊料的唯一方法。在 CAD 工具默認(rèn)應(yīng)用的助焊層數(shù)據(jù)中，焊膏將涂覆在整個(gè) BGA footprint 上，包括功能性和非功能性 BGA 焊盤(pán)。

功能性與非功能性 BGA 焊盤(pán)

在 BGA 焊膏印刷中，“非功能性焊盤(pán)”并非指通孔焊盤(pán)，而是BGA 上沒(méi)有任何功能的焊盤(pán)（或焊球）。它們可能是保留的引腳或明確未連接的引腳，或者具有功能但當(dāng)前未被使用的引腳。焊接流程通常包括印刷焊膏（選擇性印刷）或使用模板將焊膏沉積在焊盤(pán)圖案上，然后通過(guò)回流焊爐。

對(duì)于許多器件（如涂覆處理器），大多數(shù)焊盤(pán)都是功能性的，未連接或保留的可能只有不到 10%。而在采用 BGA footprint 的 FPGA 中，開(kāi)發(fā)人員可以自由分配引腳和接口，因此在生產(chǎn)環(huán)境中，可能存在更多未引出的非功能性焊盤(pán)。

0.4 mm 間距 BGA 上的助焊層開(kāi)口。

取消焊膏印刷會(huì)影響成本嗎？

減少組裝材料確實(shí)可以降低成本，但從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和整體生產(chǎn)成本來(lái)看，這種降低可能微不足道。因?yàn)槌宋词褂玫暮父喑杀?，我們還要考慮數(shù)量和返修問(wèn)題。在焊盤(pán)圖案中印刷焊膏時(shí)，僅需使用少量焊膏，但當(dāng)大批量生產(chǎn)時(shí)，這部分成本就會(huì)增加到不可忽略的程度。

為了降低大批量涂覆成本，通常會(huì)選擇去除非功能性焊盤(pán)上的焊膏。為此，需要從焊膏模板上移除相應(yīng)焊盤(pán)的開(kāi)口。此操作可以在相關(guān)器件的 PCB footprint 中完成，或在 Gerber 數(shù)據(jù)中直接刪除助焊層上的掩模開(kāi)口。

BGA 焊盤(pán)上的焊膏不可去除

盡管在大批量生產(chǎn)時(shí)出于成本考慮，會(huì)試圖去除部分焊盤(pán)上的焊膏，但非功能性焊盤(pán)仍與功能性焊盤(pán)一樣印刷焊膏。雖然這會(huì)帶來(lái)額外的焊膏成本，但與回流焊過(guò)程中因組裝失敗而產(chǎn)生的返修成本相比，這點(diǎn)投入微不足道。更糟糕的是，一旦產(chǎn)品在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障，不僅會(huì)引發(fā)昂貴的召回，還可能對(duì)品牌信譽(yù)造成重大打擊。

保留 BGA footprint 中所有焊盤(pán)上的焊膏，主要有以下兩點(diǎn)原因：

1

電氣功能與熱傳導(dǎo)功能

盡管 BGA 封裝中的焊盤(pán)可能不具備電氣功能，但它們仍具有熱傳導(dǎo)功能。根據(jù)封裝類型，這些焊盤(pán)可能直接與封裝（如晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝）的裸片連接。它們?nèi)跃哂袩醾鲗?dǎo)性，可以將裸片上的熱量傳導(dǎo)至 PCB 基板。使用焊膏進(jìn)行充分的焊接，可確保提供一條低熱阻路徑，實(shí)現(xiàn)從裸片到 PCB 基板的熱量傳導(dǎo)。

2

應(yīng)力集中

如果器件承受應(yīng)力，無(wú)論是因電路板加熱還是器件本身受到?jīng)_擊，應(yīng)力都會(huì)集中在焊點(diǎn)上。去除助焊層會(huì)導(dǎo)致焊料量不足，非功能性 BGA 焊盤(pán)上的焊點(diǎn)物理尺寸會(huì)變小，焊點(diǎn)強(qiáng)度也會(huì)變?nèi)?。如此一?lái)，在經(jīng)歷反復(fù)的振動(dòng)應(yīng)力、機(jī)械沖擊或溫度循環(huán)后，應(yīng)力集中程度加劇，從而顯著增加故障的風(fēng)險(xiǎn)。在所有焊盤(pán)上涂覆焊料，有助于將應(yīng)力均勻分布在 BGA 中的所有焊點(diǎn)上。

應(yīng)力集中在 BGA 上焊球最薄弱的部分。如果焊球頸部較為薄弱，應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致疲勞累積，造成焊點(diǎn)斷裂。

總結(jié)

簡(jiǎn)言之，如果在 BGA 的 PCB footprint 中應(yīng)用了 IPC 標(biāo)準(zhǔn)化焊盤(pán)尺寸指南，應(yīng)在所有焊盤(pán)上涂覆焊膏，以提升組裝的可靠性。確保 footprint 中包含充足的助焊層開(kāi)口，以便在 PCB 組裝過(guò)程中，在 BGA 中形成牢固可靠的焊點(diǎn)。

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