BGA Escape Routing beginnt am Land Pad

Die Kette von der Tonhöhe bis zur Anzahl der Spuren

Alles über BGA-Escape-Routing folgt aus einer Subtraktion. Zwischen zwei benachbarten Bällen befindet sich das Spielfeld. Die Polster fressen sich von beiden Seiten hinein. Was übrig bleibt, ist der Kanal, und der Kanal entscheidet, wie viele Spuren herauskommen.

Für einen BGA mit einem Rastermaß von 1 mm und 0,6 mm Kugeln bei einer IPC-7351B-Nenndichte:

• Landpad: 0,55 mm
• Abstand zwischen Boden und Boden: $1.0 - 0.55 = 0.45$ mm
• Fluchtwege durch diesen Kanal: 2
• Maximale Spurbreite: 0,125 mm

Mit dieser letzten Zahl müssen Ihre Designregeln leben. Zwei Leiterbahnen plus drei Lücken müssen 0,45 mm hineinpassen. Bei gleicher Breite und gleichem Abstand erhält jede Leiterbahn 0,125 mm und jede Lücke 0,06 mm — oder Sie tauschen Breite gegen Abstand ein, je nachdem, welcher Hersteller einen besseren Preis anbietet.

Hätten Sie stattdessen ein 0,6-mm-Pad gezeichnet — entsprechend dem Kugeldurchmesser, was sich natürlich anfühlt —, verringert sich der Kanal auf 0,4 mm und die beiden Leiterbahnen schrumpfen auf etwa 0,10 mm. Ein 0,05 mm dickes Pad kostet 20% Ihrer Leiterbahnbreite.

NSMD im Vergleich zu SMD

Bei Kontaktflächen ohne Lötmaskendefinition ist die Maskenöffnung größer als die Kupferöffnung. Bei Lötmaskenkontakten ist die Öffnung kleiner, sodass die Maske den Kupferrand überlappt und die Lötgrenze definiert.

NSMD ist aus guten Gründen die Standardeinstellung. Das Lötmittel benetzt sowohl die Seiten des Pads als auch die Oberseite, was für eine höhere, nachgiebigere Verbindung und eine bessere Lebensdauer bei Temperaturschwankungen sorgt. Außerdem dient das gesamte Kupferpolster als Verlegeanker.

SMD tauscht das gegen eine Sache ein: die Haftung des Pads. Durch die Überlappung der Maske wird das Kupfer mechanisch zurückgehalten, was bei sehr feinen Rändern, an denen sich ein kleines Pad anheben kann, von Bedeutung ist. Einige Gerätehersteller spezifizieren dies, und wenn sie das tun, folgen Sie dem Datenblatt — die gemeinsamen Zuverlässigkeitsdaten, die hinter diesem Anruf stehen, gehören ihnen, nicht Ihren.

Sie sollten sie jedoch nicht in einer Packung zusammenfassen. Der Fugenabstand ist bei beiden unterschiedlich, und wenn Sie sie auf einem einzigen BGA mischen, wird das Array beim Reflow und beim Durchlaufen ungleichmäßig belastet.

Via-in-Pad ändert die Arithmetik

Sobald die Tonhöhe unter etwa 0,8 mm fällt, hören die Dog-Bone-Fluchten auf zu passen — neben dem Pad ist kein Platz für eine Durchkontaktierung. Das Via-in-Pad wird zur einzigen Route, die nach draußen führt.

Das bringt seine eigenen Einschränkungen mit sich. Die Durchkontaktierung muss in den Belag passen und es muss noch genügend Ringring übrig sein. Die maximale Bohrleistung ist also durch den Durchmesser des Bremsbelags begrenzt und nicht durch die üblichen Regeln für die Durchkontaktierung. Ein 0,4 mm dickes Pad auf einem Gerät mit 0,5 mm Rastermaß lässt Platz für einen etwa 0,2 mm-Bohrer, sobald Sie den Ring abziehen — das ist Mikrovia-Gebiet, nicht das Durchgangsloch.

Das Via-in-Pad muss ebenfalls gefüllt und verschlossen werden. Eine offene Durchkontaktierung in einem Pad leitet das Lötzinn beim Reflow vom Gelenk weg, sodass es aushungert. Das Auffüllen und Überziehen ist hier Standard, und das ist ein echter Kostenfaktor — aber nicht optional, und Leiterplatten werden häufiger mit offenen Durchkontaktierungen in Löchern gebaut, als sie sollten.

Die Schablonenöffnung ist eine separate Zahl

Der Durchmesser des Kissens und die Öffnung der Schablone sind nicht dasselbe, und es ist ein häufiges Montageproblem, sie als eine Einheit zu behandeln.

Bei einem 0,55-mm-Pad wird bei einer Öffnung von 1:1 die Paste auf das gesamte Pad aufgetragen. Bei BGA ist das in der Regel richtig — die Kugel liefert den größten Teil des Lötvolumens und die Paste dient zum Benetzen und Anhaften. Bei Überdruck entsteht bei feiner Tonhöhe eine Brücke; bei Unterdruck entsteht bei verzogener Verpackung ein Kopf-in-Kissen.

Das Flächenverhältnis ist wichtiger als der Durchmesser, wenn die Tonhöhe schrumpft. Unterhalb des Flächenverhältnisses von etwa 0,66 wird das Ablösen der Paste von der Schablone unzuverlässig, und Sie wechseln zu einer dünneren Schablone oder führen Sie die Schablone lokal ein.

Genau die Escape-Breite

Mit der obigen Kette kannst du herausfinden, „wie viele Spuren passen“. Es lohnt sich, die Arithmetik aufzuschreiben, denn sie ist kurz und entscheidet über die Anzahl der Ebenen.

Zwei angrenzende Grundstücke hinterlassen einen Kanal, dessen Höhe um einen Landdurchmesser abzüglich eines Geländedurchmessers abzüglich eines Geländedurchmessers liegt — nicht zwei, da jedes Land nur seinen Radius zur Lücke beisteuert. Wenn Sie N Spuren in diesen Kanal legen, benötigen Sie einen Abstand zu jedem Land plus einen Abstand zwischen den benachbarten Paaren, also insgesamt N+1:

Ein Teil mit einem Rastermaß von 0,8 mm, einer Flanke von 0,4 mm und einem Abstand von 0,1 mm: Der Kanal ist 0,40 mm groß, eine Leiterbahn verbraucht 0,20 mm Abstand, und 0,20 mm an Leiterbahn passen. Komfortables Standardverfahren, bei dem pro Schicht und Seite eine Reihe austritt.

Jetzt der Fall, dem sich irgendwann alle stellen. Ein Bauteil mit 0,4 mm Rastermaß und 0,25 mm landet mit gleichem Abstand: Der Kanal beträgt 0,15 mm und allein für die Abstände sind 0,20 mm erforderlich. Nichts entgeht. Keine dünne Spur — nichts. Diese einzige Rechenzeile ist der einzige Grund, warum Fine-Pitch-Parts Sie zu Via-in-Pad und einem Build-up-Stack treiben. Es lohnt sich, ihn vor dem Commit auf das Paket auszuführen, und nicht danach.

Wenn Sie diagonal entkommen, ändert sich die Geometrie auf nützliche Weise. Der diagonale Nachbar befindet sich $\sqrt{2}$ Steigungen entfernt, sodass dasselbe 0,8 mm-Teil einen effektiven Abstand von 1,131 mm, einen Kanal von 0,731 mm und eine Leiterbahnlänge von 0,531 mm ergibt. Oft der Unterschied zwischen Anpassung und Nichtanpassung — auf Kosten der Überquerung eines größeren Bereichs des Arrays, was Routing-Raum beansprucht, den andere Escapes erwünschten.

Die Reihen, aus denen eine einzelne Ebene herausbrechen kann, entsprechen den Spuren, die jeder Kanal trägt, da jede Zeile innerhalb der ersten Ebene jeden Kanal außerhalb des Kanals durchqueren muss. Eine Spur pro Kanal, eine Reihe pro Ebene pro Seite.

Fluchtstrategie in der Praxis

Zählen Sie die Kanäle, bevor Sie eine Ebenenzählung festlegen. Bei einem 1-mm-BGA mit 256 Kugeln und zwei Escapes pro Kanal liegen die äußeren beiden Reihen auf der obersten Ebene und benötigen für jeden weiteren Ring nach innen eine innere Schicht. Diese Arithmetik entscheidet über Ihren Lagenaufbau, und es ist kostspielig, sie nach Beginn des Routings durchzuführen. Behalte die Eckbälle für Kraft und Boden. Sie haben den kürzesten Fluchtweg und die größte mechanische Beanspruchung. Die Signale in den Kurven sind die ersten, bei denen der Temperaturwechsel durchfällt, und die letzten, die sauber weitergeleitet werden. Kämpfen Sie nicht gegen das Dichte-Niveau. IPC-7351B bietet die höchste Dichte für Leiterplatten, die sie benötigen und über die entsprechenden Fertigungskapazitäten verfügen. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ist Nennwert die richtige Standardeinstellung — das ist das, worauf sich die Dichte-Tabellen konzentrierten. Prüfen Sie den Abstand mit der Spannung, nicht nur mit der Herstellung. Ein Abstand von 0,06 mm ist für die Logik in Ordnung und bei weitem nicht ausreichend, wenn eines dieser Netze etwas über ein paar zehn Volt überträgt.

Der BGA Land Pad Calculator berechnet Pitch- und Balldurchmesser durch die IPC-7351B-Dichtestufen und meldet Pad, Maskenöffnung, Kanalbreite, Escape-Anzahl und die maximale Spurbreite, die tatsächlich passt.