Qu'y a-t-il dans votre motif et empreinte de BGA?

Si vous regardez dans les fiches techniques de la plupart des composants, vous trouverez souvent un motif d'empreinte recommandé, généralement à côté de certaines informations sur le package mécanique et sur l'assemblage. Ce n'est pas toujours le cas avec les composants BGA, en particulier ceux qui ont un nombre élevé de billes. Il y a quelques raisons à cela que nous pouvons supposer : ces nombres de billes pourraient juste être trop grands pour être mis sur une seule page, ou le fabricant s'attend simplement à ce que vous sachiez comment créer ce motif d'empreinte. Parfois, le motif d'empreinte recommandé pour le package BGA du fabricant se trouve dans un document séparé, mais vous ne le sauriez pas à moins de faire quelques recherches.

Si vous êtes dans une situation où vous ne trouvez pas d'empreinte pour votre BGA, et que vous ne trouvez pas de motif d'empreinte recommandé, alors nous avons quelques directives simples que vous pouvez suivre pour aider à assurer un assemblage précis. Il existe une norme IPC que vous pouvez suivre qui vous aidera à créer vos motifs d'empreinte, ou vous pouvez utiliser un générateur d'empreintes automatisé pour créer vos motifs d'empreinte si vous disposez du bon logiciel de conception de PCB.

Création de Motif d'Empreinte BGA

Tous les empreintes de PCB nécessitent un motif de pastille pour définir l'emplacement des pastilles. En plus de la taille et de l'emplacement des pastilles, il faut également prendre en compte l'expansion du masque de soudure, ainsi que la décision d'utiliser une pastille SMD ou NSMD. Pour tout composant BGA, il y a quatre paramètres importants qui déterminent comment vous allez créer le motif de pastille pour le composant :

1. Diamètre de la pastille d'atterrissage
2. Pas des pastilles
3. Taille de la bille sur le composant
4. Expansion du masque de soudure autorisée/requise (SMD ou NSMD)

Le pas des pastilles et la taille de la bille détermineront l'approche que vous prendrez pour créer le motif de pastille BGA pour votre empreinte. Plus précisément, ces éléments détermineront la taille de pastille que vous devriez intégrer dans le motif de pastille. Le pas déterminera ensuite si vous devriez utiliser des pastilles SMD ou NSMD dans le motif de pastille. Tout cela est un équilibre délicat qui est principalement dicté par les contraintes du boîtier et de l'assemblage, mais il existe un ensemble simple de directives qui peuvent vous aider à créer un motif de pastille précis pour votre BGA.

Norme IPC-7351

La norme IPC-7351 fournit des directives sur la création de motifs de pastilles pour les boîtiers de composants standards qui aideront à assurer un rendement élevé dans les processus d'assemblage standards. Ces directives constituent un bon point de départ pour créer votre motif de pastilles BGA pour vos composants. La taille de la pastille dépend de la taille de la bille sur le boîtier BGA et si les billes s'effondreront pendant le soudage, comme indiqué ci-dessous.

Billes s'effondrant

Billes non effondrables

SMD ou NSMD ?

Pour des pas de balle plus grands (entre 0,5 mm et 1 mm), vous serez probablement bien en utilisant soit un pad NSMD soit un pad SMD dans votre motif de pastille. Il y aura encore suffisamment de surface soudable sur les pads pour fournir une adhérence. La plus grande surface de pad utilisée pour ces BGA empêchera également le pad de se décoller de la couche de surface si le processus de soudure devient trop chaud. Si votre pas est plus proche de 1 mm, vous pourriez régler 0 mil d'expansion du masque de soudure et permettre au fabricant de l'élargir selon leur jugement. Même si l'expansion est laissée à 0 mil, le décalage d'enregistrement sera suffisamment petit pour que vous ne réduisiez pas significativement la surface soudable.

Pour des valeurs de pas de 0,5 mm et inférieures, le pad devrait être placé comme un pad SMD. La raison est que les pads plus petits sont plus susceptibles de se décoller s'ils deviennent trop chauds. De plus, le masque de soudure autour du pad crée un barrage qui maintient la bille de soudure fondue en place pendant le refusion. Définissez une taille de pad plus grande et utilisez une expansion négative du masque de soudure pour définir la surface soudable visible sur le pad.

Accélérer la création de motifs de pastille pour BGA

Aujourd'hui, il existe plusieurs ressources où vous pouvez trouver des empreintes pour vos composants BGA. En fonction du pas et de la taille des billes, il est même possible de prendre une empreinte BGA existante avec un nombre de billes supérieur à celui dont vous avez besoin, puis de la modifier pour qu'elle puisse être utilisée avec le composant BGA souhaité. Si vous êtes un utilisateur d'Altium, vous pourriez être en mesure de trouver votre empreinte BGA dans le Panneau de Recherche de Pièces du Fabricant.

Si vous travaillez avec un composant moins courant ou un composant propriétaire, vous pouvez utiliser un générateur d'empreintes dans votre logiciel de conception de PCB. Le Assistant d'Empreinte Conforme à l'IPC vous aide à créer rapidement une empreinte à grand nombre de billes sans vous obliger à disposer manuellement les pastilles dans l'empreinte. Vous pouvez définir des caractéristiques importantes du motif de pastille comme l'expansion du masque de soudure, la taille de la pastille, le pas de la pastille et la taille du boîtier dans cet outil en configurant quelques paramètres. Certains motifs de pastille omettent certaines pastilles/billes, même dans les BGA à grand nombre de billes. Une fois que vous générez un motif de pastille BGA standard pour votre composant, vous pouvez le modifier en ajoutant/supprimant n'importe laquelle des pastilles.

Bien que vous n'ayez pas besoin de créer votre propre empreinte pour chaque composant, les directives ci-dessus peuvent être utilisées pour vérifier les empreintes que vous recevez d'une source externe. Malheureusement, il n'existe pas de règles de conception de PCB standard qui intègrent ces directives, vous devez donc les vérifier manuellement, ou vous devez créer une classe de composants pour les composants à pas fin qui applique les règles d'expansion du masque de soudure et de dégagement nécessaires. À mon avis, vous devriez examiner individuellement les BGA à pas fin lors de la vérification des empreintes.

Si vous voulez vous assurer que votre motif de connexion BGA permet un assemblage précis, utilisez le Wizard de Conformité IPC pour Empreintes dans Altium Designer®. Il est facile de générer des empreintes pour les boîtiers de composants standards tout en restant conforme aux normes IPC avec cet outil. Une fois que vous avez créé vos empreintes de PCB et que vous souhaitez les partager avec vos collaborateurs, votre équipe peut travailler ensemble via la plateforme Altium 365™. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et produire des électroniques avancées se trouve dans un seul package logiciel.

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