BGAエスケープルーティングはランドパッドから始まります

ピッチからトレースカウントまでのチェーン

BGA エスケープ・ルーティングに関するすべては、1 回の減算から導き出されます。隣り合った2つのボールの間にはピッチがあります。パッドは両側から食い込みます。残っているのはチャンネルで、出力するトレースの数はチャンネルによって決まります。

IPC-7351B の公称密度で 0.6 mm のボールが入った 1 mm ピッチの BGA の場合:

• ランドパッド:0.55 ミリメートル
• パッドとパッドのギャップ: $1.0 - 0.55 = 0.45$ mm
• そのチャンネルを通る脱出ルート:2
• 最大トレース幅:0.125 mm

最後の数字は、設計ルールに従わなければならないものです。2 つのトレースと 3 つのギャップが 0.45 mm に収まる必要があるため、幅と間隔を等しくすると、各トレースは 0.125 mm、各ギャップは 0.06 mm になります。または、ファブリケーターの価格がどちらが安いかに応じて、幅と間隔を交換することになります。

代わりにボールの直径に合わせて 0.6 mm のパッドを描いた場合 (自然な感じがします)、チャンネルは 0.4 mm に下がり、2 つのトレースは約0.10 mmに縮小します。0.05 mm パッドの決定には、トレース幅の 20% のコストがかかります。

NSMDとSMDの比較

非ソルダーマスク定義パッドのマスク開口部は銅よりも大きいです。ソルダーマスク定義のパッドは小さいため、マスクが銅エッジと重なってはんだ境界がはっきりします。

NSMD がデフォルトであるのには正当な理由があります。はんだ付けによってパッドの側面だけでなく上部も濡れるため、接合部の高さや順応性が向上し、熱サイクル寿命が長くなります。また、完全な銅製パッドをルーティングアンカーとして使用することもできます。

SMDは、それをパッドの接着力という1つのことと交換します。マスクのオーバーラップは銅を機械的に拘束します。これは、小さなパッドでも浮き上がるような非常に細いピッチでは重要です。デバイスメーカーによっては、それを指定し、その場合はデータシートに従います。その基準の背後にある共同信頼性データは、御社のものではなく、自社のものです。

1 つのパッケージにこれらを混在させてはいけません。この 2 つではジョイントスタンドオフが異なり、1 つの BGA に混在させると、リフローやサイクリング中にアレイに不均等なストレスがかかります。

ビア・イン・パッドを使うと算術演算が変わります

ピッチが約0.8 mmを下回ると、犬の骨のエスケープはフィットしなくなります。パッドの横にビアを入れるスペースがなくなります。ビアインパッドが唯一の出口になります。

それには独自の制約があります。ビアは十分な環状のリングが残っている状態でパッドの内側に収まる必要があるため、最大ドリルは通常のビアルールではなく、パッドの直径によって制限されます。0.5 mm ピッチの装置に 0.4 mm のパッドがあると、リングを引くと 0.2 mm 前後のドリル用のスペースが残ります。リングはスルーホールではなくマイクロビア領域です。

ビアインパッドも充填してキャップをする必要があります。パッドのビアが開いていると、リフロー時に接合部からはんだが吸い取られ、不足してしまいます。これにはフィル・アンド・プレート・オーバーが標準であり、実質的にコストがかさみます。しかし、これはオプションではなく、パッドにビアが開いているボードが作られるケースは、必要以上に多くなっています。

ステンシルの開口部は別の数値です

パッドの直径とステンシルの開口部は同じものではなく、それらを1つとして扱うことはよくある組み立て上の問題です。

0.55 mm のパッドの場合、1 対 1 の開口部はパッド全体にペースト状に付着します。これは通常 BGA に適しています。ボールは半田量の大部分を供給し、ペーストは濡らしたりタックしたりするのに使用されます。オーバープリントすると細いピッチではブリッジになり、アンダープリントするとゆがんだパッケージにヘッドインピローになります。

ピッチが小さくなるにつれて、直径よりも面積比が重要になります。面積比が約 0.66 未満になると、ステンシルからのペーストリリースの信頼性が低下し、より薄いステンシルに移動するか、局所的にステップアップすることになります。

まさにエスケープ幅

上のチェーンで「いくつのトレースが収まるか」がわかります。算術演算は短く、レイヤー数が決まるため、書き出す価値があります。

隣接する 2 つのランドは、ピッチから 1 つのランド直径を引いたチャネルを残します。これは、各ランドがギャップに与えるのはその半径だけなので、2 つではなく 1 つです。そのチャネルに N 個のトレースを配置すると、各ランドに 1 つのクリアランスと、隣接する各ペアの間に 1 つのクリアランスが必要です。つまり、合計で N+1 になります。

0.8 mmピッチの部品で、ランドは0.4 mm、クリアランスは0.1 mmです。チャンネルは0.40 mmで、1つのトレースは0.20 mmのクリアランスを消費し、0.20 mmのトレースフィットを使用します。快適な標準プロセスで、片側1レイヤーにつき1列の配列がエスケープされます。

さて、誰もが最終的に遭遇するケースです。0.4 mmピッチの部品で、ランドが0.25 mmで、クリアランスは同じです。チャンネルは0.15 mmで、クリアランスだけでも0.20 mm必要です。逃げるものは何もない。細い跡もない。何もない。ファインピッチのパーツがビア・イン・パッドとビルドアップ・スタックに駆り立てられる理由は、この 1 行の算術演算のおかげです。パッケージにコミットした後ではなく、コミットする前に実行する価値があります。

エスケープするとジオメトリが斜めに変わると便利です。隣接する対角線は $\sqrt{2}$ ピッチ離れているため、同じ 0.8 mm の部品でも有効ピッチは 1.131 mm、チャンネルは 0.731 mm、トレースは 0.531 mm になります。フィッティングとフィッティングしない場合の違いはよくあることです。ただし、配列の交差が多くなり、他のエスケープで必要なルーティングスペースが消費されます。

1 つのレイヤーで分割できる行は、各チャネルが伝送するトレースと同じです。これは、最初のレイヤーの内側にあるすべての行が、その外側のチャネルをすべて通過しなければならないためです。チャンネルごとに 1 つのトレース、各側のレイヤーごとに 1 行ずつ。

実際のエスケープ戦略

層の数を数える前にチャンネル数を数えましょう。 チャンネルごとにエスケープが2回ある256ボールの1 mm BGAは、外側の2列を最上層に置き、さらに内側にリングするたびに内側の層が必要になります。この算術演算によってスタックアップが決まるため、ルーティングが開始された後に計算を行うのはコストがかかります。 コーナーボールはパワーとグラウンドのために取っておきます。 コーナーボールは逃げるのが最も短く、機械的なストレスが最も大きくなります。コーナーの信号は、サーマルサイクリングに最初に失敗し、最後にクリーンにルーティングされます。 密度レベルと戦わないでください。 IPC-7351Bは、それを必要とし、それに匹敵する製造能力を備えた基板向けに、最も高密度な基板が存在します。確信が持てない場合は、公称値が適切なデフォルト値です。密度表が中心だったのはこの値です。 製造工程だけでなく、電圧に対する間隔もチェックしてください。 0.06mmのギャップはロジック上問題ありませんが、これらのネットの1つが数十ボルトを超える電圧を伝送する場合は十分とは言えません。 BGAランドパッド計算ツールは、IPC-7351Bの密度レベルからピッチとボールの直径を計算し、パッド、マスク開口部、チャンネル幅、エスケープカウント、および実際に収まる最大トレース幅を報告します。