BGAランドパターンとフットプリントに何が含まれていますか

ほとんどのコンポーネントのデータシートを見ると、通常、機械的パッケージ情報や組み立て情報とともに、推奨されるランドパターンが記載されています。しかし、ボール数が多いBGAコンポーネントの場合、このような情報が提供されていないことがよくあります。その理由にはいくつか推測できるものがあります：ボール数が多すぎて1ページに収めることができない、またはメーカーはあなたがそのランドパターンの作成方法を知っていると期待しているのかもしれません。時には、メーカーのBGAパッケージの推奨ランドパターンが別の文書に記載されていることもありますが、調査をしない限りこのことを知ることはありません。

BGAのフットプリントが見つからず、推奨されるランドパターンも見つからない状況にある場合、正確な組み立てを確実にするために従うことができるいくつかの簡単なガイドラインがあります。IPC標準に従ってランドパターンを作成することができますし、適切なPCB設計ソフトウェアを持っていれば、自動フットプリントジェネレータを使用してランドパターンを作成することもできます。

BGAランドパターンの作成

すべてのPCBフットプリントには、パッドの位置を定義するためのランドパターンが必要です。パッドのサイズと位置に加えて、はんだマスクの拡張を考慮する必要があります。また、SMDまたはNSMDパッドを使用するかどうかも重要です。BGAコンポーネントには、コンポーネントのランドパターンを作成する方法を決定する4つの重要なパラメータがあります：

1. ランディングパッドの直径
2. パッドピッチ
3. コンポーネント上のボールサイズ
4. 許容/必要なはんだマスクの拡張（SMDまたはNSMD）

パッドピッチとボールサイズは、フットプリントのBGAランドパターンを作成するアプローチを決定します。具体的には、これらはランドパターンに入れるべきパッドサイズを決定します。次に、ピッチがランドパターンでSMDまたはNSMDパッドを使用するかどうかを決定します。これはすべて、パッケージと組み立ての制約に主に駆動される繊細なバランスですが、BGAの正確なランドパターンを作成するのに役立つ簡単なガイドラインがあります。

IPC-7351標準

IPC-7351規格は、標準組み立てプロセスで高い収率を確保するために、標準コンポーネントパッケージのランドパターン作成に関するガイドラインを提供しています。これらのガイドラインは、コンポーネントのBGAランドパターンを作成する際の良い出発点となります。パッドサイズは、BGAパッケージ上のボールサイズと、はんだ付け中にボールが収縮するかどうかに依存します。以下に示すように。

収縮するボール

崩れないボール

SMDまたはNSMD?

大きなボールピッチ（0.5 mmから1 mmの間）の場合、ランドパターンにNSMDパッドまたはSMDパッドのいずれかを使用しても問題ありません。パッド上には十分なはんだ付け可能な領域が残り、接着を提供します。これらのBGA用に使用される大きなパッド領域は、はんだプロセスが過熱した場合でも、パッドが表面層から剥がれるのを防ぎます。ピッチが1 mmに近い場合は、0ミルのはんだマスク拡張を設定し、製造業者にその判断に基づいて拡張させることができます。拡張を0ミルのままにしても、ミスレジストレーションは小さく、はんだ付け可能な領域を大幅に減少させることはありません。

0.5 mm以下のピッチ値では、パッドはSMDパッドとして配置するべきです。理由は、小さなパッドは過熱すると剥がれやすくなるためです。また、パッドの周りのはんだマスクは、リフロー中に溶融したはんだボールを所定の位置に保持するダムを作ります。より大きなパッドサイズを設定し、負のはんだマスク拡張を使用して、パッド上の可視はんだ付け可能領域を設定します。

BGAランドパターン作成の高速化

今日では、BGAコンポーネント用のフットプリントを見つけることができるリソースがいくつかあります。ピッチやボールのサイズに基づいて、必要なボール数よりも多いBGAフットプリントを取り、希望するBGAコンポーネントに使用できるように修正することも可能です。Altiumユーザーであれば、Manufacturer Part Search panelでBGAフットプリントを見つけることができるかもしれません。

一般的でないコンポーネントや独自のコンポーネントを扱っている場合は、PCB設計ソフトウェア内のフットプリントジェネレータを使用できます。IPC-Compliant Footprint Wizardを使用すると、フットプリント内のパッドを手動で配置することなく、高ボール数のフットプリントを迅速に作成できます。このツールでは、はんだマスクの拡張、パッドサイズ、パッドピッチ、パッケージサイズなど、重要なランドパターンの特性をいくつかの設定を構成することで設定できます。一部のランドパターンでは、高ボール数のBGAであっても一部のパッド/ボールを省略しています。コンポーネント用の標準BGAランドパターンを生成したら、パッドを追加/削除することでこれを修正できます。

すべてのコンポーネントに独自のフットプリントを作成する必要はないかもしれませんが、上記のガイドラインは外部ソースから受け取ったフットプリントをチェックするために使用できます。残念ながら、これらのガイドラインを組み込んだ標準的なPCB設計ルールは存在しないため、手動で検査を行うか、必要なはんだマスクの拡張とクリアランスルールを適用する細ピッチコンポーネント用のコンポーネントクラスを作成する必要があります。私の意見では、フットプリントをチェックする際には、細ピッチBGAを個別に見るべきです。

BGAのランドパターンが正確な組み立てを可能にすることを確認したい場合は、Altium Designer®のIPC Compliant Footprint Wizardを使用してください。このユーティリティでは、IPC標準に準拠しながら標準的なコンポーネントパッケージのフットプリントを簡単に生成できます。PCBフットプリントを作成したら、それを共同作業者と共有したい場合、チームはAltium 365™プラットフォームを通じて協力できます。高度な電子機器を設計および製造するために必要なものは、すべて一つのソフトウェアパッケージに含まれています。

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