O roteamento de escape do BGA começa no Land Pad

A cadeia do tom à contagem de traços

Tudo sobre o roteamento de escape BGA segue de uma subtração. Entre duas bolas adjacentes, você tem o campo. As almofadas o corroem dos dois lados. O que resta é o canal, e o canal decide quantos rastros saem.

Para um BGA de passo de 1 mm com esferas de 0,6 mm na densidade nominal IPC-7351B:

• Almofada de terra: 0,55 mm
• Espaço entre almofada e almofada: $1.0 - 0.55 = 0.45$ mm
• Rotas de fuga por esse canal: 2
• Largura máxima do traço: 0,125 mm

Esse último número é o que suas regras de design devem suportar. Dois traços mais três espaços devem caber em 0,45 mm; portanto, com largura e espaçamento iguais, cada traço obtém 0,125 mm e cada folga 0,06 mm — ou você troca largura por espaçamento, dependendo do preço melhor do fabricante.

Se, em vez disso, você tivesse desenhado uma almofada de 0,6 mm — correspondendo ao diâmetro da bola, o que parece natural — o canal cai para 0,4 mm e os dois traços diminuem para cerca de 0,10 mm. Uma decisão de almofada de 0,05 mm custa 20% da largura do traçado.

NSMD versus SMD

As almofadas não definidas por máscara de solda têm a abertura da máscara maior que o cobre. As almofadas definidas pela máscara de solda são menores, então a máscara se sobrepõe à borda de cobre e define o limite da solda.

O NSMD é o padrão por boas razões. A solda molha as laterais da almofada e também a parte superior, o que proporciona uma junta mais alta e mais flexível e uma melhor vida útil de ciclagem térmica. Ele também fornece a almofada de cobre completa como âncora de roteamento.

O SMD troca isso por uma coisa: adesão da almofada. A sobreposição da máscara restringe mecanicamente o cobre, o que é importante em um tom muito fino, onde uma pequena almofada pode se levantar. Alguns fabricantes de dispositivos especificam isso e, quando o fazem, seguem a ficha técnica — os dados de confiabilidade conjunta por trás dessa chamada são deles, não seus.

O que você não deve fazer é misturá-los em um pacote. O distanciamento da junta difere entre os dois, e misturá-los em um único BGA coloca uma pressão desigual na matriz durante o refluxo e o ciclo.

O Via-in-Pad muda a aritmética

Quando o passo cai abaixo de cerca de 0,8 mm, os escapes de osso de cachorro param de se encaixar — não há espaço para uma via ao lado da almofada. O Via-in-Pad se torna a única saída.

Isso impõe sua própria restrição. A via deve caber dentro da almofada com um anel anular suficiente restante, de modo que a broca máxima seja limitada pelo diâmetro da almofada, não pelas regras usuais da via. Uma almofada de 0,4 mm em um dispositivo de passo de 0,5 mm deixa espaço para algo em torno de uma broca de 0,2 mm quando você subtrai o anel — que é um território de microvia, não um orifício passante.

O Via-in-Pad também precisa ser preenchido e tampado. Uma via aberta em uma almofada retira a solda da junta durante o refluxo, deixando-a faminta. O preenchimento e revestimento é padrão para isso e é um verdadeiro fator de custo, mas não é opcional, e as placas são construídas com vias abertas em blocos com mais frequência do que deveriam.

A abertura do estêncil é um número separado

O diâmetro da almofada e a abertura do estêncil não são a mesma coisa, e tratá-los como um só é um problema comum de montagem.

Para uma almofada de 0,55 mm, uma abertura 1:1 deposita pasta sobre toda a almofada. Isso geralmente é adequado para o BGA - a bola fornece a maior parte do volume da solda e a pasta está lá para umedecer e aderir. Imprima demais e você obterá uma ponte em um tom fino; imprima abaixo e você ficará de cabeça no travesseiro em pacotes deformados.

A proporção da área é mais importante do que o diâmetro à medida que o passo diminui. Abaixo da proporção de área de cerca de 0,66, a liberação da pasta do estêncil se torna não confiável e você passa para um estêncil mais fino ou o pisa localmente.

A largura de escape, exatamente

A cadeia acima mostra “quantos traços cabem”. Vale a pena escrever a aritmética, porque ela é curta e decide a contagem de camadas.

Dois terrenos adjacentes deixam um canal do campo menos um diâmetro de terreno — um, não dois, já que cada terreno contribui apenas com seu raio para a lacuna. Coloque N traços nesse canal e você precisará de uma folga para cada terreno mais uma entre cada par adjacente, então N+1 no total:

Uma peça de passo de 0,8 mm com aterrissagem de 0,4 mm e uma folga de 0,1 mm: o canal tem 0,40 mm, um traço consome 0,20 mm de folga e 0,20 mm de ajustes de traço. Processo confortável e padrão, uma linha de matriz escapa por camada por lado.

Agora, o caso que todo mundo finalmente conhece. Uma peça de passo de 0,4 mm com 0,25 mm pousa, mesma folga: o canal é de 0,15 mm e as folgas sozinhas precisam de 0,20 mm. Nada escapa. Nem um traço fino — nada. Essa única linha de aritmética é a razão pela qual peças de afinação fina levam você a um teclado e a uma pilha de acumulação, e vale a pena executá-la antes de se comprometer com o pacote e não depois.

Escapar diagonalmente muda a geometria de forma útil. O vizinho diagonal fica a $\sqrt{2}$ de distância, então a mesma peça de 0,8 mm fornece um passo efetivo de 1,131 mm, um canal de 0,731 mm e 0,531 mm de traço. Muitas vezes, a diferença entre encaixar e não encaixar é o custo de cruzar uma parte maior da matriz, o que consome espaço de roteamento que outros fugitivos queriam.

As linhas que uma única camada pode romper são iguais aos traços que cada canal carrega, porque cada linha dentro da primeira deve passar por todos os canais externos. Um traço por canal, uma linha por camada por lado.

Estratégia de fuga na prática

Conte os canais antes de se comprometer com a contagem de camadas. Um BGA de 256 bolas de 1 mm com dois escapes por canal coloca suas duas linhas externas na camada superior e precisa de uma camada interna para cada anel adicional para dentro. Essa aritmética decide seu empilhamento, e fazer isso após o início do roteamento é caro. Mantenha as bolas de canto para força e aterramento. Elas têm o menor escape e o maior estresse mecânico. Os sinais nas curvas são os primeiros a falhar no ciclo térmico e os últimos a percorrer de forma limpa. Não lute contra o nível de densidade. A densidade máxima do IPC-7351B existe para placas que precisam dela e têm a capacidade de fabricação adequada. Se você não tiver certeza, nominal é o padrão correto — é nele que as tabelas de densidade estavam centralizadas. Verifique o espaçamento em relação à tensão, não apenas à fabricação. Uma folga de 0,06 mm é adequada para a lógica e nem de longe suficiente se uma dessas redes carregar algo acima de algumas dezenas de volts.

A calculadora BGA land pad mede o passo e o diâmetro da bola pelos níveis de densidade IPC-7351B e relata o teclado, a abertura da máscara, a largura do canal, a contagem de escape e a largura máxima do traço que realmente se encaixa.