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BGA ランドパッド電卓

IPC-7351Bの密度レベルごとに、BGAランドパッドの直径、ソルダーマスクの開口部、およびエスケープルーティングを計算します。

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公式

Dpad=round0.05(Dball×k)D_{pad} = \text{round}_{0.05}(D_{ball} \times k)
D_pad— Pad diameter (mm)
D_ball— Ball diameter (mm)
k— Density factor (1.0/0.9/0.8)

仕組み

BGAランドパッドのサイズは、IPC-7351Bに準拠しています。IPC-7351Bでは、パッドの直径とボールの直径の比率に基づいて3つの密度レベルが定義されています。レベルL (ほとんどの土地) ではボール径を 100% 使用するので、ハンダ接合の体積と信頼性が最大になります。レベル N (公称) は 90%、バランスのとれた配線と信頼性を実現します。レベル M (最小ランド) では 80% の配線密度が最大になりますが、ハンダ接合部が薄くなります。

NSMD (ソルダーマスク未定義) パッドと SMD (ソルダーマスク定義) パッドのどちらを選択するかが、リフロー時のセルフアライメントに影響します。NSMDパッドではソルダーマスクが銅エッジから引き戻されるので、銅パッドが接合部の形状を定義します。SMD パッドは銅線と重なり合っているマスクなので、マスクの開口部が接合部を定義します。BGAにはNSMDが強く推奨されます。銅ドームが露出していると、リフロー時のはんだのセルフセンタリングが促進され、小さな配置エラーが修正されるためです。

信号が BGA アレイからどのように出るかは、エスケープ・ルーティングによって決まります。チャンネル幅 (ピッチからパッド直径を引いたもの) によって、隣接するパッド間を通過できるトレースの数が決まります。公称密度でピッチが1.0 mmの場合、チャネル幅は通常0.45 mmです。これは、標準のクリアランスルールで2つのトレースを処理するのに十分です。ファインピッチのBGA（0.5 mm以下）では、多くの場合、内側の列から抜け出すためにビア・イン・パッドが必要です。

計算例

仕様: ボールピッチ = 1.0 mm、ボール直径 = 0.6 mm、密度レベル = 公称値 (N)、NSMDパッド、ビアインパッドなし ステップ 1: パッドの直径

公称密度係数 = 0.9

Dpad= textround0.05(0.6 times0.9)= textround0.05(0.54)=0.55D_ {pad} =\ text {round} _ {0.05} (0.6\ times 0.9) =\ text {round} _ {0.05} (0.54) = 0.55 mm ステップ 2: ソルダーマスク開口部 (NSMD) Dマスク=Dパッド+0.1=0.55+0.1=0.65D_ {マスク} = D_ {パッド} + 0.1 = 0.55 + 0.1 = 0.65 mm ステップ 3: チャンネル幅 Wチャネル=P−Dパッド=1.0−0.55=0.45W_ {チャネル} = P-D_ {パッド} = 1.0-0.55 = 0.45 mm ステップ 4: エスケープルート

1つのトレースには約0.2 mm (トレース+ 2倍のクリアランス) が必要です。2 つのトレースには約 0.38 mm が必要です。

0.45 mm ≥ 0.38 mm → チャンネルあたり 2 トレース

ステップ 5: 最大トレース幅 Wtrace= fracWchannel−2 times0.05 times22= frac0.45−0.22=0.125W_ {trace} =\ frac {W_ {channel}-2\ times 0.05\ times 2} {2} =\ frac {0.45-0.2} {2} = 0.125 mm ステップ 6: ステンシル絞り

ピッチ≥ 0.5 mm → リダクションなし:Dステンシル=0.55D_ {ステンシル} = 0.55 mm

結果: 0.55 mm パッド、0.65 mm マスク開口部、0.125 mm トレース幅でチャンネルあたり 2 つのエスケープルート。

実践的なヒント

  • ✓公称密度 (N) から始める — はんだ接合部の信頼性シミュレーションや熱サイクル要件で要求される場合のみ大部分 (L) にする
  • ✓0.8 mmピッチ以下の場合、最初から内側のBGA列用のビアインパッドを計画してください。犬骨のファンアウトは適合しません
  • ✓厳密なクリアランスのあるNSMDを指定する前に、お使いのファブが0.075mmのマスクとパッドのレジストレーションに対応できることを確認してください
  • ✓グラウンドプレーンのBGAパッドにはサーマルリリーフを使用し、不均一な熱分布によるトゥームストーニングを防止します。
  • ✓プロトタイプの実行では、レベルL（ほとんどの土地）を使用してプロセスウィンドウを最大化します。NまたはMに最適化するのは、最初の物品が通過してからに限られます。

よくある間違い

  • ✗BGA用のSMDパッドの使用 — ソルダーマスクのオーバーラップにより、リフロー中のセルフアライメントが防止され、ソルダーブリッジが発生する
  • ✗パッドの直径を0.05mmのグリッドに丸める必要はありません。製造者はとにかくグリッドにスナップするので、意図したデザインが変わる可能性があります。
  • ✗ファインピッチのステンシルの開口部の縮小を無視すると、0.5 mmピッチ未満の場合、フルサイズの開口部ではペーストが堆積しすぎてブリッジが発生する
  • ✗ビア・イン・パッドが無料だと仮定すると、充填して平坦化されたビアが必要になり、基板1枚あたり0.50～2.00ドルがファブのコストに上乗せされる

よくある質問

通常のボール直径は0.45mmで、公称密度では0.45×0.9 = 0.405で、丸めすると0.40mmになります。これにより、1 つのトレースに十分な 0.40 mm のチャネルが得られます (0.1 mm トレース+各サイドのクリアランス 0.075 mm)。内側の列にはビアインパッドが必要です。
NSMDは銅製パッドドーム全体を露出させるため、リフロー中にはんだ表面の張力がボールのセルフセンタリング状態になります。これにより、パッド直径の最大 50% の配置誤差が修正されます。SMDははんだをマスク開口部内に拘束し、このようなセルフアライメントを防ぎます。
最大ビアドリル = パッド直径 − 2 × 環状リングの最小値0.55 mm のパッドと環状リングが 0.1 mm の場合、最大ドリル数は 0.35 mm です。ビアには充填 (銅またはエポキシ) を充填し、パッド表面と同一平面上に平坦化する必要があります。
標準的な設計ルール（0.1 mmトレース/スペース）では、ドッグボーンファンアウトは0.8 mmピッチまで確実に機能します。0.65 mmの場合、犬の骨で逃げることができるのは外側の2列だけです。0.5 mm 以下の場合、一番外側の列を除くすべての列にビアインパッドが必要です。
いいえ — IPC-7351Bは方法論 (密度レベルごとのボール直径のパーセンテージ) を提供していますが、ボールの直径はパッケージによって異なるため、絶対数は提供していません。メーカーのデータシートにはボールの直径とピッチが明記されています。密度係数を適用してパッドサイズを計算してください。

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