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BGA Land Pad-Rechner

Berechnen Sie den Durchmesser des BGA-Landpads, die Öffnung der Lötmaske und die Fluchtwege gemäß IPC-7351B-Dichtestufen.

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Formel

Dpad=round0.05(Dball×k)D_{pad} = \text{round}_{0.05}(D_{ball} \times k)
D_pad— Durchmesser des Polsters (mm)
D_ball— Durchmesser der Kugel (mm)
k— Dichtefaktor (1,0/0,9/0,8)

Wie es funktioniert

Die Dimensionierung von BGA-Landpads folgt IPC-7351B, in der drei Dichtegrade auf der Grundlage des Verhältnisses von Poldurchmesser zu Kugeldurchmesser definiert werden. Bei Stufe L (bei den meisten Anschlüssen) werden 100% des Kugeldurchmessers verwendet — ein Höchstmaß an Lötstellenvolumen und Zuverlässigkeit. Stufe N (nominal) verwendet 90% — ausgewogenes Routing und Zuverlässigkeit. Bei Stufe M (geringste Bodenfläche) wird eine maximale Leitungsdichte von 80% auf Kosten dünnerer Lötstellen verwendet.

Die Wahl zwischen NSMD-Pads (nicht lötmaskendefiniert) und SMD-Pads (lötmaskendefiniert) wirkt sich auf die Selbstausrichtung beim Reflow aus. Bei NSMD-Pads wird die Lötmaske von der Kupferkante zurückgezogen, sodass das Kupferpad die Verbindungsgeometrie definiert. Bei SMD-Pads überlappt die Maske das Kupfer, sodass die Maskenöffnung die Verbindung definiert. NSMD wird bei BGA besonders bevorzugt, da die freiliegende Kuppel aus Kupfer die Selbstzentrierung des Lötmittels beim Reflow fördert und kleinere Platzierungsfehler korrigiert.

Das Escape-Routing bestimmt, wie Signale das BGA-Array verlassen. Die Kanalbreite (Tonhöhe minus Pad-Durchmesser) bestimmt, wie viele Leiterbahnen zwischen benachbarten Pads übertragen werden können. Bei einem Rastermaß von 1,0 mm mit Nenndichte beträgt die Kanalbreite in der Regel 0,45 mm — ausreichend für zwei Leiterbahnen mit Standardabstandsregeln. Bei BGAs mit feiner Steigung (≤ 0,5 mm) ist häufig eine Durchkontaktierung im Pad erforderlich, um aus den inneren Reihen herauszukommen.

Rechenbeispiel

Gegeben: Kugelabstand = 1,0 mm, Kugeldurchmesser = 0,6 mm, Dichtegrad = Nennwert (N), NSMD-Pads, kein Via-In-Pad Schritt 1: Durchmesser der Belag

Nenndichtefaktor = 0,9

Dpad=round0.05(0.6×0.9)=round0.05(0.54)=0.55D_{pad} = \text{round}_{0.05}(0.6 \times 0.9) = \text{round}_{0.05}(0.54) = 0.55 mm

Schritt 2: Lötmaskenöffnung (NSMD) Dmask=Dpad+0.1=0.55+0.1=0.65D_{mask} = D_{pad} + 0.1 = 0.55 + 0.1 = 0.65 mm Schritt 3: Kanalbreite Wchannel=P−Dpad=1.0−0.55=0.45W_{channel} = P - D_{pad} = 1.0 - 0.55 = 0.45 mm Schritt 4: Fluchtwege

Eine Spur benötigt ≈ 0,2 mm (Spur + 2× Abstand). Zwei Spuren benötigen ≈ 0,38 mm.

0,45 mm ≥ 0,38 mm → 2 Spuren pro Kanal

Schritt 5: Maximale Leiterbahnbreite Wtrace=Wchannel−2×0.05×22=0.45−0.22=0.125W_{trace} = \frac{W_{channel} - 2 \times 0.05 \times 2}{2} = \frac{0.45 - 0.2}{2} = 0.125 mm Schritt 6: Schablonenöffnung

Abstand ≥ 0,5 mm → keine Reduzierung: Dstencil=0.55D_{stencil} = 0.55 mm

Ergebnis: 0,55 mm Pad, 0,65 mm Maskenöffnung, 2 Fluchtwege pro Kanal bei 0,125 mm Spurbreite.

Praktische Tipps

  • ✓Beginnen Sie mit der Nenndichte (N) — gehen Sie nur dann zur höchsten Dichte (L) über, wenn Simulationen zur Zuverlässigkeit der Lötstellen oder Anforderungen an thermische Zyklen dies erfordern
  • ✓Bei einem Pitch von 0,8 mm und darunter sollten Sie von Anfang an das Via-In-Pad für die inneren BGA-Reihen einplanen — das Dog-Bone-Fanout passt nicht
  • ✓Stellen Sie sicher, dass Ihre Fabrik eine 0,075 mm Masken-zu-Pad-Registrierung aushält, bevor Sie NSMD mit engem Abstand spezifizieren
  • ✓Verwenden Sie die thermische Entlastung der BGA-Pads auf der Bodenplatte, um zu verhindern, dass Grabsteine durch ungleichmäßige Wärmeverteilung entstehen
  • ✓Verwenden Sie für Prototypenläufe Level L (am meisten landen), um das Prozessfenster zu maximieren — optimieren Sie auf N oder M erst, wenn der erste Artikel durchgelaufen ist

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung von SMD-Pads für BGA — die Überlappung der Lötmaske verhindert eine Selbstausrichtung beim Reflow, was zu Lötbrücken führt
  • ✗Der Durchmesser des Tellers wird nicht auf ein Raster von 0,05 mm gerundet — die Hersteller greifen trotzdem auf das Raster zurück und ändern möglicherweise Ihr beabsichtigtes Design
  • ✗Ignorieren Sie die Reduzierung der Schablonenöffnung bei Feinabständen — unter einem Rastermaß von 0,5 mm lagern sich bei Blendenöffnungen in voller Größe zu viel Paste ab und es entstehen Übergänge
  • ✗Unter der Annahme, dass Via-in-Pad kostenlos ist, sind gefüllte und planarisierte Durchkontaktierungen erforderlich, was die Herstellungskosten um 0,50—2,00 USD pro Platine erhöht

Häufig gestellte Fragen

Mit einem typischen Kugeldurchmesser von 0,45 mm bei Nenndichte: 0,45 × 0,9 = 0,405, gerundet auf 0,40 mm. Das ergibt einen Kanal von 0,40 mm — genug für eine Spur (0,1 mm Leiterbahn + 0,075 mm Abstand auf jeder Seite). Für die inneren Reihen wird ein Via-In-Pad benötigt.
NSMD legt die gesamte Kuppel des Kupferpolsters frei, sodass die Lötoberflächenspannung die Kugel beim Reflow selbst zentriert. Dadurch werden Platzierungsfehler von bis zu 50% des Pad-Durchmessers korrigiert. SMD begrenzt das Lötmaterial in der Maskenöffnung und verhindert so eine Selbstausrichtung.
Maximal über einen Bohrer = Plattendurchmesser − mindestens 2 × Ringring. Für einen 0,55 mm dicken Belag mit einem 0,1 mm großen Ringring: maximaler Bohrdurchmesser = 0,35 mm. Die Durchkontaktierung muss gefüllt (Kupfer oder Epoxidharz) und planarisiert sein, sodass sie koplanar zur Oberfläche des Belags verläuft.
Nach den üblichen Konstruktionsregeln (0,1 mm Spur/Abstand) arbeitet das Dog-Bone-Fanout zuverlässig bis zu einem Rastermaß von 0,8 mm. Bei einem Durchmesser von 0,65 mm können nur die beiden äußeren Reihen mit Hundeknochen ausweichen. Bei 0,5 mm und darunter ist für alle Reihen außer der äußersten Reihe ein Via-In-Pad erforderlich.
Nein — IPC-7351B liefert die Methode (Prozentsatz des Kugeldurchmessers pro Dichtestufe), aber keine absoluten Zahlen, da die Kugeldurchmesser je nach Verpackung variieren. Im Datenblatt des Herstellers sind Kugeldurchmesser und -abstand angegeben. Verwenden Sie den Dichtefaktor, um die Pad-Größe zu berechnen.

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