¿Qué hay en el patrón de tierra y la huella de tu BGA?

| Creado: Abril 26, 2022 | Actualizado: Agosto 24, 2024

Si miras en las hojas de datos de la mayoría de los componentes, a menudo encontrarás un patrón de tierra recomendado, generalmente junto a alguna información del paquete mecánico e información de ensamblaje. Esto no siempre es el caso con los componentes BGA, especialmente los componentes con un alto número de bolas. Hay algunas razones para esto que podemos especular: esos números de bolas podrían ser demasiado grandes para poner en una sola página, o el fabricante simplemente espera que sepas cómo crear ese patrón de tierra. A veces, el patrón de tierra recomendado para el paquete BGA del fabricante está en un documento separado, pero no lo sabrías a menos que investigaras un poco.

Si te encuentras en una situación donde no puedes encontrar una huella para tu BGA, y no puedes encontrar un patrón de tierra recomendado, entonces tenemos algunas pautas simples que puedes seguir para ayudar a asegurar un ensamblaje preciso. Hay una norma IPC que puedes seguir que te ayudará a crear tus patrones de tierra, o puedes usar un generador de huellas automatizado para crear tus patrones de tierra si tienes el software adecuado de diseño de PCB.

Creación de Patrones de Tierra BGA

Todas las huellas de PCB necesitan un patrón de tierra para definir la ubicación de los pads. Además del tamaño y la ubicación del pad, se debe considerar la expansión de la máscara de soldadura, así como si usar un pad SMD o NSMD. Para cualquier componente BGA, hay cuatro parámetros importantes que determinan cómo crearás el patrón de tierra para el componente:

Diámetro del pad de aterrizaje
Distancia entre pads
Tamaño de la bola en el componente
Expansión de la máscara de soldadura permitida/requerida (SMD o NSMD)

La distancia entre pads y el tamaño de la bola determinarán el enfoque que tomarás para crear el patrón de tierra BGA para tu huella. Específicamente, estos determinarán el tamaño del pad que debes poner en el patrón de tierra. La distancia entre pads luego determinará si debes usar pads SMD o NSMD en el patrón de tierra. Todo esto es un equilibrio delicado que está principalmente impulsado por las restricciones del paquete y el ensamblaje, pero hay un conjunto simple de pautas que pueden ayudarte a crear un patrón de tierra preciso para tu BGA.

Estándar IPC-7351

La norma IPC-7351 proporciona directrices sobre la creación de patrones de tierra para paquetes de componentes estándar que ayudarán a asegurar un alto rendimiento en procesos de ensamblaje estándar. Estas directrices son un buen punto de partida para crear tu patrón de tierra BGA para tus componentes. El tamaño del pad depende del tamaño de la bola en el paquete BGA y si las bolas se colapsarán durante la soldadura, como se muestra a continuación.

Bolas Colapsantes

Diámetro de la bola (mm)	Reducción	Nivel de densidad	Diámetro nominal del land (mm)	Variación del land (mm)
0.75	25%	A	0.55	0.60 a 0.50
0.65	25%	A	0.50	0.55 a 0.45
0.60	25%	A	0.45	0.50 a 0.40
0.55	25%	A	0.40	0.45 a 0.35
0.50	20%	B	0.40	0.45 a 0.35
0.45	20%	B	0.35	0.40 a 0.30
0.40	20%	B	0.30	0.35 a 0.25
0.35	20%	B	0.30	0.35 a 0.25
0.30	20%	B	0.25	0.25 a 0.20
0.25	20%	B	0.20	0.20 a 0.17
0.20	15%	C	0.17	0.20 a 0.14
0.17	15%	C	0.15	0.18 a 0.12
0.15	15%	C	0.13	0.15 a 0.10

Bolas No Colapsables

Diámetro de la bola (mm)	Reducción	Nivel de densidad	Diámetro nominal del pad (mm)	Variación del pad (mm)
0.75	15%	A	0.86	0.91 a 0.81
0.65	15%	A	0.75	0.80 a 0.70
0.60	15%	A	0.69	0.74 a 0.64
0.55	15%	A	0.63	0.68 a 0.58
0.50	10%	B	0.55	0.60 a 0.50
0.45	10%	B	0.50	0.55 a 0.40
0.40	10%	B	0.44	0.49 a 0.39
0.35	10%	B	0.38	0.43 a 0.33
0.30	10%	B	0.33	0.38 a 0.28
0.25	10%	B	0.27	0.32 a 0.22
0.20	5%	C	0.21	0.24 a 0.18
0.17	5%	C	0.18	0.21 a 0.15
0.15	5%	C	0.16	0.19 a 0.13

¿SMD o NSMD?

Para pasos de bola más grandes (entre 0,5 mm a 1 mm), probablemente estará bien utilizando ya sea un pad NSMD o un pad SMD en su patrón de tierra. Todavía habrá suficiente área soldable en los pads para proporcionar adherencia. El área de pad más grande utilizada para estos BGAs también evitará que el pad se despegue de la capa superficial si el proceso de soldadura se calienta demasiado. Si su paso está más cerca de 1 mm, podría establecer 0 mil de expansión de máscara de soldadura y permitir que el fabricante la expanda basándose en su criterio. Incluso si la expansión se deja en 0 mil, el desajuste será lo suficientemente pequeño como para que no reduzca significativamente el área soldable.

En valores de paso de 0,5 mm y menores, el pad debe colocarse como un pad SMD. La razón es que los pads más pequeños tienen más probabilidades de despegarse si se calientan demasiado. Además, la máscara de soldadura alrededor del pad crea un dique que mantiene la bola de soldadura fundida en su lugar durante el reflujo. Establezca un tamaño de pad más grande y use una expansión de máscara de soldadura negativa para establecer el área soldable visible en el pad.

Acelere la Creación de Patrones de Tierra para BGA

Hoy en día, existen varios recursos donde puedes encontrar huellas para tus componentes BGA. Basándote en el pitch y los tamaños de las bolas, es posible tomar una huella BGA existente con un número de bolas mayor al que necesitas y luego modificarla para que pueda ser utilizada con tu componente BGA deseado. Si eres usuario de Altium, podrías ser capaz de encontrar tu huella BGA en el Panel de Búsqueda de Partes del Fabricante.

Si estás trabajando con un componente menos común o uno propietario, puedes usar un generador de huellas en tu software de diseño de PCB. El Asistente de Huellas Conforme a IPC te ayuda a crear rápidamente una huella de alto conteo de bolas sin obligarte a organizar manualmente los pads en la huella. Puedes establecer características importantes del patrón de tierra como la expansión de la máscara de soldadura, tamaño del pad, pitch del pad y tamaño del paquete en esta herramienta configurando algunos ajustes. Algunos patrones de tierra omiten algunos pads/bolas, incluso en BGAs de alto conteo de bolas. Una vez que generas un patrón de tierra BGA estándar para tu componente, puedes modificarlo añadiendo o quitando cualquiera de los pads.

PCB footprint generator — *Genera fácilmente tu patrón de tierra BGA con el Asistente de Huellas Compatibles con IPC.*

Aunque es posible que no necesites crear tu propio patrón de conexión para cada componente, las pautas anteriores se pueden utilizar para verificar los patrones que recibes de una fuente externa. Desafortunadamente, no existen reglas de diseño de PCB estándar que incorporen estas pautas, por lo que tienes que abordarlas mediante inspección manual, o necesitas crear una clase de componente para componentes de paso fino que aplique las reglas de expansión de máscara de soldadura y de separación requeridas. En mi opinión, deberías mirar los BGAs de paso fino individualmente al verificar los patrones de conexión.

Si quieres asegurarte de que tu patrón de conexión para BGA permite un ensamblaje preciso, utiliza el Asistente de Patrón de Conexión Conforme a IPC en Altium Designer®. Es fácil generar patrones de conexión para paquetes de componentes estándar mientras se cumple con los estándares de IPC en esta utilidad. Una vez que hayas creado tus patrones de conexión para PCB y quieras compartirlos con tus colaboradores, tu equipo puede trabajar juntos a través de la plataforma Altium 365™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se puede encontrar en un solo paquete de software.

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Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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