BGA 랜드 패턴과 풋프린트에는 무엇이 있나요?

| 작성 날짜: 사월 26, 2022 | 업데이트 날짜: 팔월 24, 2024

대부분의 부품에 대한 데이터시트를 살펴보면, 일반적으로 기계적 패키지 정보와 조립 정보와 함께 권장 랜드 패턴을 찾을 수 있습니다. 하지만 고볼 카운트를 가진 BGA 부품의 경우 항상 그런 것은 아닙니다. 이에 대해 추측할 수 있는 몇 가지 이유가 있습니다: 볼 카운트가 너무 커서 단일 페이지에 넣기 어렵거나, 제조업체가 랜드 패턴을 생성하는 방법을 알고 있을 것으로 기대하는 경우가 있습니다. 때로는 제조업체의 BGA 패키지에 대한 권장 랜드 패턴이 별도의 문서에 있지만, 이를 알지 못하면 찾기 어렵습니다.

BGA에 대한 풋프린트를 찾을 수 없고 권장 랜드 패턴도 찾을 수 없는 상황이라면, 정확한 조립을 보장하는 데 도움이 되는 몇 가지 간단한 지침을 따를 수 있습니다. IPC 표준을 따를 수 있으며, 올바른 PCB 설계 소프트웨어를 가지고 있다면 자동 풋프린트 생성기를 사용하여 랜드 패턴을 생성할 수도 있습니다.

BGA 랜드 패턴 생성

모든 PCB 풋프린트는 패드의 위치를 정의하는 랜드 패턴이 필요합니다. 패드 크기와 위치 외에도, 솔더 마스크 확장을 고려해야 할 뿐만 아니라 SMD 또는 NSMD 패드를 사용할지 여부도 고려해야 합니다. BGA 구성 요소의 경우, 구성 요소에 대한 랜드 패턴을 생성하는 방법을 결정하는 네 가지 중요한 매개변수가 있습니다:

랜딩 패드 직경
패드 피치
구성 요소의 볼 크기
허용/요구되는 솔더 마스크 확장(SMD 또는 NSMD)

패드 피치와 볼 크기는 풋프린트에 대한 BGA 랜드 패턴을 생성하는 접근 방식을 결정할 것입니다. 구체적으로, 이들은 랜드 패턴에 넣어야 할 패드 크기를 결정할 것입니다. 그런 다음 피치는 랜드 패턴에서 SMD 또는 NSMD 패드를 사용해야 할지 여부를 결정할 것입니다. 이 모든 것은 주로 패키지와 조립 제약에 의해 주도되는 섬세한 균형이지만, BGA에 대한 정확한 랜드 패턴을 생성하는 데 도움이 되는 간단한 지침 세트가 있습니다.

IPC-7351 표준

IPC-7351 표준은 표준 조립 공정에서 높은 수율을 보장하는 데 도움이 되는 표준 구성 요소 패키지용 랜드 패턴 생성에 대한 지침을 제공합니다. 이러한 지침은 구성 요소의 BGA 랜드 패턴을 생성하기 시작하는 데 좋은 출발점입니다. 패드 크기는 BGA 패키지의 볼 크기와 납땜 중 볼이 붕괴될지 여부에 따라 달라집니다. 아래와 같이 표시됩니다.

붕괴하는 볼

볼 지름(mm)	감소	밀도 레벨	표준 랜드 지름(mm)	랜드 변동(mm)
0.75	25%	A	0.55	0.60에서 0.50
0.65	25%	A	0.50	0.55에서 0.45
0.60	25%	A	0.45	0.50에서 0.40
0.55	25%	A	0.40	0.45에서 0.35
0.50	20%	B	0.40	0.45에서 0.35
0.45	20%	B	0.35	0.40에서 0.30
0.40	20%	B	0.30	0.35에서 0.25
0.35	20%	B	0.30	0.35에서 0.25
0.30	20%	B	0.25	0.25에서 0.20
0.25	20%	B	0.20	0.20에서 0.17
0.20	15%	C	0.17	0.20에서 0.14
0.17	15%	C	0.15	0.18에서 0.12
0.15	15%	C	0.13	0.15에서 0.10

붕괴되지 않는 볼

볼 직경(mm)	감소율	밀도 레벨	명목 랜드 직경(mm)	랜드 변동(mm)
0.75	15%	A	0.86	0.91에서 0.81
0.65	15%	A	0.75	0.80에서 0.70
0.60	15%	A	0.69	0.74에서 0.64
0.55	15%	A	0.63	0.68에서 0.58
0.50	10%	B	0.55	0.60에서 0.50
0.45	10%	B	0.50	0.55에서 0.40
0.40	10%	B	0.44	0.49에서 0.39
0.35	10%	B	0.38	0.43에서 0.33
0.30	10%	B	0.33	0.38에서 0.28
0.25	10%	B	0.27	0.32에서 0.22
0.20	5%	C	0.21	0.24에서 0.18
0.17	5%	C	0.18	0.21에서 0.15
0.15	5%	C	0.16	0.19에서 0.13

SMD 또는 NSMD?

볼 피치가 큰 경우(0.5mm에서 1mm 사이), 랜드 패턴에서 NSMD 패드나 SMD 패드를 사용해도 괜찮을 것입니다. 패드에는 여전히 충분한 납땜 가능 영역이 있어 접착력을 제공할 것입니다. 이러한 BGA용으로 사용되는 더 큰 패드 영역은 납땜 과정이 너무 뜨거워져도 패드가 표면층에서 벗겨지는 것을 방지할 것입니다. 피치가 1mm에 가까운 경우, 0 밀 납막 확장을 설정하고 제조업체가 그들의 판단에 따라 확장하도록 허용할 수 있습니다. 확장이 0 밀로 남아 있더라도, 등록 불일치는 충분히 작아서 납땜 가능 영역을 크게 줄이지 않을 것입니다.

0.5mm 및 그보다 작은 피치 값에서는 패드를 SMD 패드로 배치해야 합니다. 이유는 더 작은 패드가 너무 뜨거워지면 벗겨질 가능성이 더 높기 때문입니다. 또한, 패드 주변의 납막은 재융착 중에 용융 납땜구를 제자리에 유지하는 댐 역할을 합니다. 더 큰 패드 크기를 설정하고 납땜 가능한 영역을 설정하기 위해 부정적인 납막 확장을 사용하세요.

BGA 랜드 패턴 생성 가속화

오늘날 BGA 구성 요소에 대한 풋프린트를 찾을 수 있는 여러 자원이 있습니다. 피치와 볼 크기를 기반으로, 필요한 것보다 볼 수가 더 많은 기존 BGA 풋프린트를 가져와서 원하는 BGA 구성 요소에 사용할 수 있도록 수정하는 것도 가능합니다. Altium 사용자라면 제조업체 부품 검색 패널에서 BGA 풋프린트를 찾을 수 있을 것입니다.

덜 일반적인 구성 요소나 독점 구성 요소를 사용하는 경우 PCB 설계 소프트웨어에서 풋프린트 생성기를 사용할 수 있습니다. IPC-준수 풋프린트 마법사는 수동으로 풋프린트 내 패드를 배열할 필요 없이 고볼 수 풋프린트를 빠르게 생성할 수 있도록 도와줍니다. 이 도구에서 솔더 마스크 확장, 패드 크기, 패드 피치, 패키지 크기와 같은 중요한 랜드 패턴 특성을 몇 가지 설정을 구성함으로써 설정할 수 있습니다. 일부 랜드 패턴은 고볼 수 BGA에서도 일부 패드/볼을 생략합니다. 구성 요소에 대한 표준 BGA 랜드 패턴을 생성한 후, 패드를 추가하거나 제거하여 이를 수정할 수 있습니다.

PCB footprint generator — *IPC Compliant Footprint Wizard를 사용하여 BGA 랜드 패턴을 쉽게 생성하세요.*

모든 구성 요소에 대해 자체 발자국을 만들 필요는 없을 수 있지만, 위의 지침은 외부 소스에서 받은 발자국을 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 불행히도, 이러한 지침을 포함하는 표준 PCB 설계 규칙은 없으므로, 수동 검사를 통해 이를 해결하거나, 필요한 솔더 마스크 확장 및 클리어런스 규칙을 적용하는 미세 피치 구성 요소 클래스를 생성해야 합니다. 제 생각에는 발자국을 확인할 때 미세 피치 BGA를 개별적으로 살펴보아야 합니다.

정확한 조립을 가능하게 하는 BGA 랜드 패턴을 확실히 하고 싶다면, IPC Compliant Footprint Wizard를 Altium Designer®에서 사용하세요. 이 유틸리티에서는 IPC 표준을 준수하면서 표준 구성 요소 패키지에 대한 발자국을 쉽게 생성할 수 있습니다. PCB 발자국을 생성한 후 협업자와 공유하고 싶다면, 팀은 Altium 365™ 플랫폼을 통해 함께 작업할 수 있습니다. 고급 전자 제품을 설계하고 생산하는 데 필요한 모든 것을 하나의 소프트웨어 패키지에서 찾을 수 있습니다.

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작성자 정보

Zachariah Peterson은 학계 및 업계에서 폭넓은 기술 분야 경력을 가지고 있으며, 지금은 전자 산업 회사에 연구, 설계 및 마케팅 서비스를 제공하고 있습니다. PCB 업계에서 일하기 전에는 포틀랜드 주립대학교(Portland State University )에서 학생들을 가르치고 랜덤 레이저 이론, 재료 및 안정성에 대한 연구를 수행했으며, 과학 연구에서는 나노 입자 레이저, 전자 및 광전자 반도체 장치, 환경 센서, 추계학 관련 주제를 다루었습니다. Zachariah의 연구는 10여 개의 동료 평가 저널 및 콘퍼런스 자료에 게재되었으며, Zachariah는 여러 회사를 위해 2천여 개의 PCB 설계 관련 기술 문서를 작성했습니다. Zachariah는 IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society 및 PCEA(Printed Circuit Engineering Association)의 회원입니다. 이전에는 양자 전자 공학의 기술 표준을 연구하는 INCITS Quantum Computing Technical Advisory Committee에서 의결권이 있는 회원으로 활동했으며, 지금은 SPICE 급 회로 시뮬레이터를 사용하여 광자 신호를 나타내는 포트 인터페이스에 집중하고 있는 IEEE P3186 Working Group에서 활동하고 있습니다.

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