Was ist in Ihrem BGA-Landmuster und Footprint enthalten?

| Erstellt: April 26, 2022 | Aktualisiert am: August 24, 2024

Wenn Sie in Datenblättern für die meisten Komponenten nachschauen, finden Sie oft ein empfohlenes Landmuster, üblicherweise neben einigen mechanischen Verpackungsinformationen und Montageinformationen. Dies ist jedoch nicht immer der Fall bei BGA-Komponenten, insbesondere bei Komponenten mit einer hohen Anzahl an Bällen. Es gibt einige Gründe dafür, über die wir spekulieren können: Die Anzahl der Bälle könnte einfach zu groß sein, um auf eine einzige Seite zu passen, oder der Hersteller erwartet einfach, dass Sie wissen, wie Sie dieses Landmuster erstellen. Manchmal ist das empfohlene Landmuster für das BGA-Paket des Herstellers in einem separaten Dokument, aber das würden Sie nicht wissen, es sei denn, Sie hätten etwas recherchiert.

Wenn Sie in einer Situation sind, in der Sie keinen Footprint für Ihr BGA finden können und kein empfohlenes Landmuster finden können, dann haben wir einige einfache Richtlinien, denen Sie folgen können, um eine genaue Montage zu gewährleisten. Es gibt eine IPC-Norm, der Sie folgen können, um Ihre Landmuster zu erstellen, oder Sie können einen automatisierten Footprint-Generator verwenden, um Ihre Landmuster zu erstellen, wenn Sie die richtige PCB-Design-Software haben.

Erstellung von BGA-Landmustern

Alle PCB-Fußabdrücke benötigen ein Landmuster, um die Position der Pads zu definieren. Zusätzlich zur Padgröße und -position muss auch die Lötpastenausdehnung berücksichtigt werden, sowie ob ein SMD- oder NSMD-Pad verwendet werden soll. Für jede BGA-Komponente gibt es vier wichtige Parameter, die bestimmen, wie Sie das Landmuster für die Komponente erstellen werden:

Durchmesser des Landepads
Pad-Abstand
Kugelgröße auf der Komponente
Erlaubte/erforderliche Lötpastenausdehnung (SMD oder NSMD)

Der Pad-Abstand und die Kugelgröße bestimmen den Ansatz, den Sie zur Erstellung des BGA-Landmusters für Ihren Fußabdruck nehmen. Insbesondere bestimmen diese die Padgröße, die Sie in das Landmuster einfügen sollten. Der Abstand wird dann bestimmen, ob Sie im Landmuster SMD- oder NSMD-Pads verwenden sollten. Dies ist alles eine heikle Balance, die hauptsächlich durch die Paket- und Montagebeschränkungen getrieben wird, aber es gibt einen einfachen Satz von Richtlinien, der Ihnen helfen kann, ein genaues Landmuster für Ihr BGA zu erstellen.

IPC-7351 Standard

Die IPC-7351-Norm bietet Richtlinien zur Erstellung von Landmustern für standardisierte Bauteilgehäuse, die eine hohe Ausbeute in standardisierten Montageprozessen sicherstellen sollen. Diese Richtlinien sind ein guter Ausgangspunkt für die Erstellung Ihres BGA-Landmusters für Ihre Komponenten. Die Padgröße hängt von der Ballgröße auf dem BGA-Gehäuse ab und davon, ob die Bälle beim Löten kollabieren, wie unten gezeigt.

Kollabierende Bälle

Ball Durchmesser (mm)	Reduktion	Dichtestufe	Nomineller Landdurchmesser (mm)	Landvariation (mm)
0,75	25%	A	0,55	0,60 bis 0,50
0,65	25%	A	0,50	0,55 bis 0,45
0,60	25%	A	0,45	0,50 bis 0,40
0,55	25%	A	0,40	0,45 bis 0,35
0,50	20%	B	0,40	0,45 bis 0,35
0,45	20%	B	0,35	0,40 bis 0,30
0,40	20%	B	0,30	0,35 bis 0,25
0,35	20%	B	0,30	0,35 bis 0,25
0,30	20%	B	0,25	0,25 bis 0,20
0,25	20%	B	0,20	0,20 bis 0,17
0,20	15%	C	0,17	0,20 bis 0,14
0,17	15%	C	0,15	0,18 bis 0,12
0,15	15%	C	0,13	0,15 bis 0,10

Nicht kollabierende Kugeln

Kugeldurchmesser (mm)	Reduktion	Dichtestufe	Nenndurchmesser der Landfläche (mm)	Variation der Landfläche (mm)
0,75	15%	A	0,86	0,91 bis 0,81
0,65	15%	A	0,75	0,80 bis 0,70
0,60	15%	A	0,69	0,74 bis 0,64
0,55	15%	A	0,63	0,68 bis 0,58
0,50	10%	B	0,55	0,60 bis 0,50
0,45	10%	B	0,50	0,55 bis 0,40
0,40	10%	B	0,44	0,49 bis 0,39
0,35	10%	B	0,38	0,43 bis 0,33
0,30	10%	B	0,33	0,38 bis 0,28
0,25	10%	B	0,27	0,32 bis 0,22
0,20	5%	C	0,21	0,24 bis 0,18
0,17	5%	C	0,18	0,21 bis 0,15
0,15	5%	C	0,16	0,19 bis 0,13

SMD oder NSMD?

Für größere Ballabstände (zwischen 0,5 mm bis 1 mm) werden Sie wahrscheinlich mit einem NSMD-Pad oder SMD-Pad in Ihrem Landmuster gut zurechtkommen. Es wird immer noch eine ausreichende lötbarer Bereich auf den Pads vorhanden sein, um Haftung zu bieten. Die größere Padfläche, die für diese BGAs verwendet wird, verhindert auch, dass das Pad von der Oberflächenschicht abblättert, falls der Lötprozess zu heiß verläuft. Wenn Ihr Abstand näher an 1 mm liegt, könnten Sie 0 mil Lötstopplackausdehnung einstellen und dem Hersteller erlauben, diese basierend auf ihrem Urteil zu erweitern. Selbst wenn die Ausdehnung bei 0 mil belassen wird, wird die Fehlregistrierung klein genug sein, dass Sie die lötbarer Fläche nicht signifikant reduzieren.

Bei 0,5 mm und kleineren Pitch-Werten sollte das Pad als SMD-Pad platziert werden. Der Grund dafür ist, dass kleinere Pads eher abblättern, wenn sie zu heiß werden. Außerdem schafft die Lötstopplackmaske um das Pad herum einen Damm, der die geschmolzene Lötkugel während des Reflows an Ort und Stelle hält. Stellen Sie eine größere Padgröße ein und verwenden Sie eine negative Lötstopplackausdehnung, um den sichtbaren lötbarer Bereich auf dem Pad einzustellen.

Beschleunigen Sie die Erstellung von BGA-Landmustern

Heute gibt es mehrere Ressourcen, wo Sie Footprints für Ihre BGA-Komponenten finden können. Basierend auf Pitch und Ballgrößen ist es sogar möglich, einen vorhandenen BGA-Footprint mit einer höheren Ballanzahl, als Sie benötigen, zu nehmen und diesen so zu modifizieren, dass er mit Ihrer gewünschten BGA-Komponente verwendet werden kann. Wenn Sie ein Altium-Benutzer sind, könnten Sie Ihren BGA-Footprint im Manufacturer Part Search Panel finden.

Wenn Sie mit einer weniger gängigen Komponente oder einer proprietären Komponente arbeiten, können Sie in Ihrer PCB-Designsoftware einen Footprint-Generator verwenden. Der IPC-Compliant Footprint Wizard hilft Ihnen, schnell einen Footprint mit hoher Ballanzahl zu erstellen, ohne dass Sie manuell Pads im Footprint anordnen müssen. Sie können wichtige Landmustermerkmale wie Lötmaskenexpansion, Padgröße, Padpitch und Paketgröße in diesem Tool einstellen, indem Sie einige Einstellungen konfigurieren. Einige Landmuster lassen sogar bei BGAs mit hoher Ballanzahl einige Pads/Bälle aus. Sobald Sie ein standardmäßiges BGA-Landmuster für Ihre Komponente generiert haben, können Sie dieses modifizieren, indem Sie beliebige Pads hinzufügen/entfernen.

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Obwohl Sie möglicherweise nicht für jede Komponente Ihren eigenen Footprint erstellen müssen, können die oben genannten Richtlinien verwendet werden, um Footprints zu überprüfen, die Sie von einer externen Quelle erhalten. Leider gibt es keine standardisierten PCB-Designregeln, die diese Richtlinien beinhalten, daher müssen Sie diese durch manuelle Inspektion ansprechen, oder Sie müssen eine Komponentenklasse für Feinraster-Komponenten erstellen, die die erforderlichen Lötpasten-Ausdehnungs- und Freiraumregeln anwendet. Meiner Meinung nach sollten Sie die Feinraster-BGAs einzeln betrachten, wenn Sie Footprints überprüfen.

Wenn Sie sicherstellen möchten, dass Ihr BGA-Landmuster eine genaue Montage ermöglicht, verwenden Sie den IPC Compliant Footprint Wizard in Altium Designer®. Es ist einfach, Footprints für Standardkomponentenpakete zu generieren, während Sie mit diesem Hilfsprogramm den IPC-Standards entsprechen. Sobald Sie Ihre PCB-Footprints erstellt haben und diese mit Ihren Mitarbeitern teilen möchten, kann Ihr Team durch die Plattform Altium 365™ zusammenarbeiten. Alles, was Sie benötigen, um fortschrittliche Elektronik zu entwerfen und zu produzieren, finden Sie in einem Softwarepaket.

Wir haben nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Starten Sie heute Ihre kostenlose Testversion von Altium Designer + Altium 365.

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Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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