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Calculadora BGA Land Pad

Calcule o diâmetro do bloco de terra BGA, a abertura da máscara de solda e o roteamento de escape de acordo com os níveis de densidade IPC-7351B.

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Fórmula

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)

Como Funciona

O dimensionamento do terreno BGA segue o IPC-7351B, que define três níveis de densidade com base na relação entre o diâmetro do bloco e o diâmetro da bola. O nível L (a maioria dos terrenos) usa 100% do diâmetro da esfera — volume máximo da junta de solda e confiabilidade. O nível N (nominal) usa 90% — roteamento balanceado e confiabilidade. O nível M (menos terra) usa 80% — densidade máxima de roteamento ao custo de juntas de solda mais finas.

A escolha entre almofadas NSMD (não definidas por máscara de solda) e SMD (definidas por máscara de solda) afeta o autoalinhamento durante o refluxo. As almofadas NSMD têm a máscara de solda puxada para trás da borda de cobre, então a almofada de cobre define a geometria da junta. As almofadas SMD têm uma máscara sobreposta ao cobre, então a abertura da máscara define a junta. O NSMD é fortemente preferido para BGA porque a cúpula de cobre exposta promove a autocentralização da solda durante o refluxo, corrigindo pequenos erros de posicionamento.

O roteamento de escape determina como os sinais saem da matriz BGA. A largura do canal (inclinação menos diâmetro do bloco) determina quantos traços podem passar entre os blocos adjacentes. Em um passo de 1,0 mm com densidade nominal, a largura do canal é normalmente de 0,45 mm — o suficiente para dois traços com regras de folga padrão. Os BGAs de passo fino (≤ 0,5 mm) geralmente requerem via in-pad para escapar das fileiras internas.

Exemplo Resolvido

Fornecido: Passo da bola = 1,0 mm, diâmetro da esfera = 0,6 mm, nível de densidade = nominal (N), almofadas NSMD, sem via almofada Etapa 1: diâmetro da almofada

Fator de densidade nominal = 0,9

Dbloco= textoredondo0,05(0,6 vezes0,9)= textoredondo0,05(0,54)=0,55D_ {bloco} =\ texto {redondo} _ {0,05} (0,6\ vezes 0,9) =\ texto {redondo} _ {0,05} (0,54) = 0,55 mm Etapa 2: abertura da máscara de solda (NSMD)

$ D_ {máscara} = D_ {pad} + 0,1 = 0,55 + 0,1 = 0,65$ mm

Etapa 3: largura do canal

$ W_ {canal} = P - D_ {pad} = 1,0 - 0,55 = 0,45$ mm

Etapa 4: rotas de fuga

Um traço precisa de ≈ 0,2 mm (traço + 2 × folga). Dois traços precisam de ≈ 0,38 mm.

0,45 mm ≥ 0,38 mm → 2 traços por canal

Etapa 5: largura máxima do traço Wtrace= fracWcanal−2 times0,05 times22= frac0,45−0,22=0,125W_ {trace} =\ frac {W_ {canal} - 2\ times 0,05\ times 2} {2} =\ frac {0,45 - 0,2} {2} = 0,125 mm Etapa 6: abertura do estêncil

Passo ≥ 0,5 mm → sem redução: $ D_ {estêncil} = 0,55$ mm

Resultado: Almofada de 0,55 mm, abertura da máscara de 0,65 mm, 2 rotas de escape por canal com largura de traço de 0,125 mm.

Dicas Práticas

  • ✓Comece com a densidade nominal (N) — vá até a maioria (L) se as simulações de confiabilidade da junta de solda ou os requisitos de ciclagem térmica exigirem
  • ✓Para um passo de 0,8 mm ou menos, planeje as fileiras internas do BGA desde o início — o ventilador em osso de cachorro não serve
  • ✓Verifique se sua fábrica pode conter um registro de 0,075 mm entre máscara e bloco antes de especificar o NSMD com espaço livre apertado
  • ✓Use o alívio térmico nas almofadas BGA do plano terrestre para evitar que a lápide seja causada pela distribuição desigual do calor.
  • ✓Para execuções de protótipos, use o Nível L (maior parte do terreno) para maximizar a janela do processo — otimize para N ou M somente após a aprovação do primeiro artigo

Erros Comuns

  • ✗Usando almofadas SMD para BGA — a sobreposição da máscara de solda evita o autoalinhamento durante o refluxo, levando a pontes de solda
  • ✗Não arredondar o diâmetro da almofada para uma grade de 0,05 mm — os fabricantes se encaixam na grade de qualquer maneira, potencialmente alterando o design pretendido
  • ✗Ignorando a redução da abertura do estêncil para afinação fina — abaixo de 0,5 mm, aberturas de tamanho normal depositam muita pasta, causando pontes
  • ✗Supondo que o via-in-pad seja gratuito, ele requer vias preenchidas e planarizadas, adicionando $0,50 a 2,00 por placa ao custo de fabricação

Perguntas Frequentes

Com diâmetro de esfera típico de 0,45 mm na densidade nominal: 0,45 × 0,9 = 0,405, arredondado para 0,40 mm. Isso fornece um canal de 0,40 mm — o suficiente para um traçado (traçado de 0,1 mm + 0,075 mm de folga em cada lado). As fileiras internas precisarão ser via in-pad.
O NSMD expõe toda a cúpula da almofada de cobre, permitindo que a tensão superficial da solda centralize a esfera durante o refluxo. Isso corrige até 50% do diâmetro da almofada no erro de posicionamento. O SMD restringe a solda dentro da abertura da máscara, evitando esse autoalinhamento.
Máximo via broca = diâmetro da almofada − 2 × mínimo do anel anular. Para uma almofada de 0,55 mm com anel anular de 0,1 mm: broca máxima = 0,35 mm. A via deve ser preenchida (cobre ou epóxi) e planarizada para ser coplanar com a superfície da almofada.
Com regras de design padrão (traço/espaço de 0,1 mm), o ventilador em osso de cachorro funciona de forma confiável em até 0,8 mm de passo. Com 0,65 mm, somente duas fileiras externas podem escapar com ossos de cachorro. Com 0,5 mm ou menos, o via-in-pad é necessário para todas as fileiras, exceto a mais externa.
Não — O IPC-7351B fornece a metodologia (porcentagem do diâmetro da esfera por nível de densidade), mas não números absolutos, pois os diâmetros das esferas variam de acordo com o pacote. A ficha técnica do fabricante especifica o diâmetro e o passo da bola; aplique o fator de densidade para calcular o tamanho da almofada.

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