PCB设计者的自白—在阻焊膜上

带有可剥离阻焊层的PCB

电路板设计对于制造和组装过程都是至关重要的,并且两个阵营之间有时会发生一些冲突。 掩盖可焊接着陆垫之间的空间是那些目标相互矛盾的领域之一。

IPC规范在掩膜功能方面可以很好地满足要求。 IPC-SM-840D的序言就是这样-

本文所述的阻焊层材料,当应用于印制板基板时,应防止和/或最小化焊球的形成和附着,焊锡桥接,焊锡堆积以及对印制板基板的物理损坏。 阻焊层材料应有助于阻止电迁移和其他形式的有害或导电性增长。

该文档将“应”一词加粗,以使您知道它们是King-James-Version认真的! (强调我的)。 这些说明的忠实拥护者可能会注意到,这是我第一次逐字引用。 那两个句子的高超语言肯定看起来很学术,所以我会不时这样做,而不是插入指向来回的整个网页的链接。 您可以在本页底部找到这些以供参考。

除了该机构的权限外,还有成千上万甚至数百万个描述屏蔽应用的组件数据表。 在阅读或至少浏览了这些文档的可测量百分比之后,我得出的结论是,大多数设备制造商都喜欢焊盘设计成比金属焊盘大的焊盘图形。 相反,该技术称为“阻焊层定义”或“ SMD”。 这个缩写使我想到了表面贴装设备,因此可能会引起混淆。

只需记住,NSMD表示面罩膨胀,而SMD表示收缩。 它们的大小永远都不相同,因为层到层的注册无法正常工作。 如果在金属和掩膜相同的情况下用胶带粘住电路板,则还应提供关于制造商对掩膜层进行全局微编辑的操作注意事项。 或者,您可能会碰碰运气。

“永远不要越过溪流”

就像我们的《捉鬼敢死队》英雄被警告切勿穿过等离子流一样,我们也告诫我们切勿将SMD焊盘与首选的非焊接面罩(NSMD)焊盘混合使用。 永远不要把话说绝了。 英特尔Skylake处理器的数据表要求两种类型,即用于电源球中央网格的SMD焊盘和用于在内核周围映射的细间距信号的“常规” NSMD焊盘。

做出此分离决定的原因是,它们打算让我们淹没电源和接地引脚。 如果您在较大的面罩开口内有一个金属垫,然后将铜倒在整个面罩上,那么它将有效地增长到面罩的大小。 正常的焊膏量可能不足以覆盖那么多的焊盘。 在没有补偿一个或多个参数的情况下,BGA在回流期间的崩溃可能甚至不会。 金属,掩膜和焊膏齐头并进,形成良好的焊点。 当下降到边缘上的较小焊盘时,首选NSMD。 英特尔自身的原因之一是-

在铜基准点上进行视觉注册(参考点)将提供现场的确切位置。 使用SMD焊盘时,阻焊膜的误示误差也会相对于视觉基准偏移整个位置。

他们的意思是,LPI掩模上的屏蔽层与电路图案的对齐方式不够好,无法精确放置细间距元件。 默认情况下,将掩膜生长在金属镀层之外。

这里的一些历史:

让我们回到28纳米的含义。 在四家主要的移动处理器供应商中,英特尔坚持认为主板(或主逻辑板)必须具有非HDI解决方案。 他们大约在2013年的Baytrail系列中采用了参考设计,即所谓的“通道”技术,您可以仅使用通孔而不是Nvidia的Tegra ,Quacomm的Snapdragon和三星的Exynos系列所采用的微孔来扇出器件。 犹豫不决给他们留下了巨大的,耗电的芯片,最终使它们成为了全球市场上的第一名-至少在我看来。 当然,还有其他因素。 他们正在努力(双关语),并努力恢复势头。

我们喜欢NSMD技术还有另一个原因。 同样,从英特尔关于BGA封装的应用笔记中,

SMD垫片的一个缺点(sic)是,通过长期可靠性(sic)测试,疲劳寿命已显示出比NSMD垫片更低。 由于这个问题,在许多新的封装设计中,焊盘边缘处的阻焊层角度已经变薄,以最大程度地减少了对焊球的掩膜撞击。

妈的,英特尔,请仔细阅读您的出版物! 我认为他们正在尝试说一下焊点底部的应力区域,该区域的掩模与阻焊层定义的焊盘上的焊盘重叠。 横截面类似于微观蘑菇,在蘑菇的茎和帽之间形成裂纹。 潜在的缺陷是最严重的,因为当小工具退出工作并最终堆积时,是您的客户找到它们。

不过,对于SMD而言,这并不坏。 面罩可作为绑扎垫的绑扎物,以防止其抬起。 晶圆厂对此一无所获,因为当焊盘从板上剥离时,它们通常会从装配厂受到指责。 像聚四氟乙烯这样的光滑电介质材料,当然还有挠性电路,都因分层而臭名昭著。 固化良好的阻焊层可提供一定的附着力。

专家提示:
如果您必须淹没某些焊盘,而另一些焊盘与走线相连,则可以单独将遮罩与焊盘尺寸匹配是一个不错的折衷方案。 有效尺寸是匹配的,但您仍然具有不同几何形状的热响应。

低于特定的引脚间距阈值,我们将被迫使用阻焊层定义的焊盘。 间距为0.35毫米时,最小水坝100微米只会使我们有250个可以使用。 现在,我们仍然必须考虑掩模的扩展,因此根据掩模技术的类型,我们的电镀垫会缩小到200至150微米左右。 对于通过焊盘微孔解决方案来说,这是很小的。 回想一下,小焊盘需要所有的帮助,以保持其与电路板的连接。 对于这种尺寸的微型BGA,我将使用270微米的焊盘(留下大于3密耳的气隙,焊盘与焊盘之间)并用200微米的掩模开口覆盖焊盘的边缘。 最终的阻焊层堰为150微米。

这部分的数据表可能在阻焊层应用上含糊不清,他们可能会建议您与制造供应商联系以解决此问题。 这似乎是一个解决方案,但他们是对的。 考虑到我们需要使用激光直接成像(LDI)而不是液体可成像图像(LPI)掩模,这几乎是可以理解的。 这些芯片级零件和提供它们的01005电容超出了IPC规范的图表。 我们靠自己,所以我要分享一些基准数字,以防您发现自己将其设计到下一代产品中。

Maxim提供了一个扩展掩码而不是缩小掩码的共识:

尽管在应用中同时使用了NSMD焊盘和SMD焊盘,但建议使用NSMD焊盘。 NSMD焊盘的优点是焊盘尺寸更精确,板侧的焊点可靠性更高。 在给定的占地面积上,只能使用一种垫(NSMD或SMD)和一种垫表面光洁度。

…并且他们还提供了两种有用的焊盘堆叠的有用的并排图。

对称导致更好的结果,对于较小的分立组件尤其如此。 RF工程师喜欢具有低电感电流环路,而我们可以通过在接地引脚上溢流来实现,而这只是小电容帽在信号/电源侧的痕迹。 尽管成品板的性能非常好,但这是一场灾难,等待组装流水线发生。

每个焊点进入回流状态的速率应保持尽可能相似。 如果零件的两根引线的焊料不同时固化,则首先冻结的一根引线将要把组件拉离另一根引线。 这是一个常见的缺陷,称为墓碑,与墓地纪念碑相似。 具有讽刺意味的是,只要每个纳米气候中的温度分布合理接近,这种相同的毛细管作用就可以帮助较大的零件在垫子上居中。

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