El BGA Escape Routing comienza en Land Pad

La cadena desde el lanzamiento hasta el rastreo cuenta

Todo lo relacionado con el enrutamiento de escape de BGA se deriva de una resta. Entre dos bolas adyacentes tienes el terreno de juego. Las almohadillas lo corroen por ambos lados. Lo que queda es el canal, y el canal decide cuántos rastros salen.

Para un BGA de 1 mm con bolas de 0,6 mm con una densidad nominal IPC-7351B:

• Almohadilla de tierra: 0,55 mm
• Espacio entre almohadilla y almohadilla: $1.0 - 0.55 = 0.45$ mm
• Vías de escape por ese canal: 2
• Ancho máximo de traza: 0,125 mm

Este último número es el que deben respetar tus reglas de diseño. Dos trazos más tres huecos deben caber en 0,45 mm, por lo que, con el mismo ancho y espaciado, cada trazo tiene 0,125 mm y cada espacio 0,06 mm, o puede cambiar el ancho por el espaciado según el precio que su fabricante le dé más.

Si, por el contrario, hubiera dibujado una almohadilla de 0,6 mm (que coincidiera con el diámetro de la bola, lo que resulta natural), el canal se reduce a 0,4 mm y las dos trazas se contraen hasta aproximadamente 0,10 mm. Un tampón de 0,05 mm cuesta el 20 por ciento del ancho de la traza.

NSMD frente a SMD

Las almohadillas que no están definidas como máscaras de soldadura tienen la abertura de la máscara más grande que la de cobre. Las almohadillas definidas por una máscara de soldadura son más pequeñas, por lo que la máscara se superpone al borde de cobre y define el límite de la soldadura.

NSMD es el predeterminado por buenas razones. La soldadura humedece tanto los lados de la almohadilla como la parte superior, lo que proporciona una unión más alta y flexible y una mejor vida útil durante el ciclo térmico. También proporciona una almohadilla completamente de cobre como anclaje de enrutamiento.

SMD lo cambia por una cosa: la adherencia de la almohadilla. La superposición de la máscara retiene mecánicamente el cobre, lo que es importante en un tono muy fino donde una pequeña almohadilla puede levantarse. Algunos fabricantes de dispositivos lo especifican y, cuando lo hacen, siguen la hoja de datos: los datos de confiabilidad conjunta que respaldan esa llamada son suyos, no suyos.

Lo que no debes hacer es mezclarlos en un solo paquete. El punto muerto es diferente entre los dos, y al mezclarlos en un solo BGA ejerce una presión desigual sobre la matriz durante el reflujo y el ciclo.

Via-in-Pad cambia la aritmética

Una vez que la inclinación cae por debajo de los 0,8 mm, los huesos de perro que escapan dejan de encajar: no hay espacio para colocar una vía junto a la almohadilla. Via-in-Pad se convierte en la única vía de salida.

Eso impone su propia restricción. La vía debe caber dentro de la almohadilla dejando suficiente anillo anular, de modo que la broca máxima esté limitada por el diámetro de la almohadilla, no por las reglas habituales para la vía. Una almohadilla de 0,4 mm sobre un dispositivo de paso de 0,5 mm deja espacio para una broca de alrededor de 0,2 mm una vez restado el anillo, que es territorio de la microvía, no de un orificio pasante.

El Via-in-Pad también tiene que llenarse y taparse. Una vía abierta en una almohadilla expulsa la soldadura de la junta durante el reflujo, privándola de agua. Para ello es habitual rellenar y enchapar, lo que supone un coste considerable, pero no es opcional, ya que las placas se fabrican con las vías abiertas en las almohadillas con más frecuencia de la que deberían.

La apertura de la plantilla es un número aparte

El diámetro de la almohadilla y la abertura de la plantilla no son lo mismo, y tratarlos como si fueran uno solo es un problema de ensamblaje común.

En el caso de una almohadilla de 0,55 mm, una apertura de 1:1 deposita la pasta sobre toda la almohadilla. Esto suele ser lo correcto en el caso del BGA: la bola suministra la mayor parte del volumen de soldadura y la pasta sirve para humedecerla y pegarla. Si se sobreimprime, se obtiene un enlace en un tono fino; si se imprime por debajo, se obtiene una almohada en los paquetes deformados.

La relación de área es más importante que el diámetro a medida que se reduce la inclinación. Por debajo de una relación de área de aproximadamente 0,66, la pasta desprendida de la plantilla deja de ser fiable y se pasa a una plantilla más delgada o se peina localmente.

El ancho de escape, exactamente

La cadena de arriba indica «cuántos rastros caben». Vale la pena escribir la aritmética, porque es corta y determina el número de capas.

Dos terrenos adyacentes dejan un canal de inclinación menos el diámetro de un terreno: uno, no dos, ya que cada terreno contribuye solo con su radio a la brecha. Pon N trazos en ese canal y necesitarás un espacio libre para cada terreno más uno entre cada par adyacente, es decir, N+1 en total:

Una pieza de paso de 0,8 mm con 0,4 mm de inclinación y una holgura de 0,1 mm: el canal mide 0,40 mm, una traza consume 0,20 mm de holgura y se ajusta 0,20 mm de traza. Proceso estándar y cómodo, en el que se escapa una hilera por capa y por lado.

Ahora es el caso que todos acaban encontrando. Una pieza de paso de 0,4 mm con 0,25 mm aterriza, con la misma holgura: el canal mide 0,15 mm y las holguras por sí solas necesitan 0,20 mm. No se escapa nada. Ni un solo rastro, nada. Esa única línea aritmética es la única razón por la que las partes con un diseño preciso te llevan a ir acumulando y componiendo, y vale la pena ejecutarla antes de comprometerte con el paquete y no después.

El escape en diagonal cambia la geometría de manera útil. La diagonal contigua se encuentra a una distancia de $\sqrt{2}$, por lo que la misma pieza de 0,8 mm proporciona una inclinación efectiva de 1,131 mm, un canal de 0,731 mm y 0,531 mm de trazo. A menudo, la diferencia entre encajar y no, a costa de cruzar una mayor parte de la matriz, lo que consume espacio de enrutamiento, es lo que buscan otros escapes.

Las filas que puede separar una sola capa equivalen a las trazas que lleva cada canal, ya que todas las filas que se encuentran dentro de la primera deben pasar por todos los canales que están fuera de ella. Una traza por canal, una fila por capa por lado.

La estrategia de escape en la práctica

Cuenta los canales antes de realizar un recuento de capas. Un BGA de 256 bolas de 1 mm con dos escapes por canal coloca sus dos filas exteriores en la capa superior y necesita una capa interior para cada anillo adicional que quede hacia adentro. Esa aritmética determina la cantidad que vas a acumular, y hacerlo una vez iniciado el enrutamiento es caro. Conserva las bolas de las esquinas para obtener potencia y tierra. Son las que tienen el escape más corto y la mayor tensión mecánica. Las señales en las curvas son las primeras en fallar en el ciclo térmico y las últimas en trazar una ruta limpia. No luches contra el nivel de densidad. La densidad máxima del IPC-7351B es para las tablas que la necesitan y tienen la capacidad de fabricación adecuada. Si no está seguro, el valor nominal es el valor predeterminado correcto: es en lo que se centraban las tablas de densidad. Compruebe el espaciado comparándolo con la tensión, no solo con la fabricación. Un espacio de 0,06 mm está bien para la lógica y no es suficiente si una de esas redes transporta algo por encima de unas pocas decenas de voltios.

La calculadora de plataforma terrestre BGA mide el diámetro del campo y la pelota a través de los niveles de densidad del IPC-7351B y el panel de informes, la apertura de la máscara, el ancho del canal, el recuento de escapes y el ancho máximo de trazo que realmente cabe.