O Que Está no Padrão de Terra e na Pegada do Seu BGA

| Criada: Abril 26, 2022 | Atualizada: Agosto 24, 2024

Se você olhar nas fichas técnicas da maioria dos componentes, muitas vezes encontrará um padrão de terra recomendado, geralmente ao lado de algumas informações sobre o pacote mecânico e informações de montagem. Isso nem sempre acontece com componentes BGA, especialmente componentes com alta contagem de esferas. Existem algumas razões para isso que podemos especular: essas contagens de esferas podem ser grandes demais para colocar em uma única página, ou o fabricante simplesmente espera que você saiba como criar esse padrão de terra. Às vezes, o padrão de terra recomendado para o pacote BGA do fabricante está em um documento separado, mas você não saberia disso a menos que fizesse algumas pesquisas.

Se você está em uma situação em que não consegue encontrar uma pegada para seu BGA, e não consegue encontrar um padrão de terra recomendado, então temos algumas diretrizes simples que você pode seguir para ajudar a garantir uma montagem precisa. Existe um padrão IPC que você pode seguir que o ajudará a criar seus padrões de terra, ou você pode usar um gerador de pegadas automatizado para criar seus padrões de terra se tiver o software de design de PCB correto.

Criação de Padrão de Terra BGA

Todas as pegadas de PCB precisam de um padrão de terra para definir a localização dos pads. Além do tamanho e localização do pad, é necessário considerar a expansão da máscara de solda, bem como se deve usar um pad SMD ou NSMD. Para qualquer componente BGA, existem quatro parâmetros importantes que determinam como você criará o padrão de terra para o componente:

Diâmetro do pad de aterrissagem
Distância entre os pads
Tamanho da esfera no componente
Expansão da máscara de solda permitida/exigida (SMD ou NSMD)

A distância entre os pads e o tamanho da esfera determinarão a abordagem que você tomará para criar o padrão de terra BGA para sua pegada. Especificamente, estes determinarão o tamanho do pad que você deve colocar no padrão de terra. A distância entre os pads então determinará se você deve usar pads SMD ou NSMD no padrão de terra. Isso tudo é um equilíbrio delicado que é principalmente determinado pelas restrições de embalagem e montagem, mas existe um conjunto simples de diretrizes que pode ajudá-lo a criar um padrão de terra preciso para o seu BGA.

Padrão IPC-7351

A norma IPC-7351 fornece diretrizes sobre a criação de padrões de terra para pacotes de componentes padrão que ajudarão a garantir alto rendimento em processos de montagem padrão. Essas diretrizes são um bom ponto de partida para criar o seu padrão de terra BGA para seus componentes. O tamanho do pad depende do tamanho da bola no pacote BGA e se as bolas colapsarão durante a soldagem, conforme mostrado abaixo.

Bolas Colapsáveis

Diâmetro da bola (mm)	Redução	Nível de densidade	Diâmetro nominal do terra (mm)	Variação do terra (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 para 0,30
0,40	20%	B	0,30	0,35 para 0,25
0,35	20%	B	0,30	0,35 para 0,25
0,30	20%	B	0,25	0,25 para 0,20
0,25	20%	B	0,20	0,20 para 0,17
0,20	15%	C	0,17	0,20 para 0,14
0,17	15%	C	0,15	0,18 para 0,12
0,15	15%	C	0,13	0,15 para 0,10

Bolas Não Colapsáveis

Diâmetro da esfera (mm)	Redução	Nível de densidade	Diâmetro nominal do pad (mm)	Variação do 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 0,45
0,40	10%	B	0,44	0,49 a 0,39
0,35	10%	B	0,38	0,43 para 0,33
0,30	10%	B	0,33	0,38 para 0,28
0,25	10%	B	0,27	0,32 para 0,22
0,20	5%	C	0,21	0,24 para 0,18
0,17	5%	C	0,18	0,21 para 0,15
0,15	5%	C	0,16	0,19 para 0,13

SMD ou NSMD?

Para espaçamentos de esferas maiores (entre 0,5 mm a 1 mm), você provavelmente estará bem usando um pad NSMD ou pad SMD no seu padrão de terra. Ainda haverá área soldável suficiente nos pads para fornecer aderência. A maior área do pad usada para esses BGAs também evitará que o pad se descole da camada superficial se o processo de soldagem ficar muito quente. Se o seu espaçamento estiver mais próximo de 1 mm, você poderia definir expansão de máscara de solda de 0 mil e permitir que o fabricante a expanda com base em seu julgamento. Mesmo que a expansão seja deixada em 0 mil, o desalinhamento será pequeno o suficiente para que você não reduza significativamente a área soldável.

Em valores de espaçamento de 0,5 mm e menores, o pad deve ser colocado como um pad SMD. O motivo é que pads menores têm mais probabilidade de se soltar se ficarem muito quentes. Além disso, a máscara de solda ao redor do pad cria uma barreira que mantém a esfera de solda fundida no lugar durante o refusão. Defina um tamanho de pad maior e use uma expansão negativa da máscara de solda para definir a área soldável visível no pad.

Acelere a Criação de Padrão de Terra para BGA

Hoje, existem vários recursos onde você pode encontrar footprints para seus componentes BGA. Com base no pitch e no tamanho das esferas, é até possível pegar um footprint BGA existente com uma contagem de esferas maior do que a necessária e, em seguida, modificar isso para que possa ser usado com o componente BGA desejado. Se você é um usuário do Altium, poderá encontrar o footprint do seu BGA no Painel de Pesquisa de Peças do Fabricante.

Se você está trabalhando com um componente menos comum ou um componente proprietário, você pode usar um gerador de footprint no seu software de design de PCB. O Assistente de Footprint Conforme ao IPC ajuda você a criar rapidamente um footprint com alta contagem de esferas sem forçá-lo a organizar manualmente os pads no footprint. Você pode definir características importantes do padrão de land como expansão da máscara de solda, tamanho do pad, pitch do pad e tamanho do pacote nesta ferramenta, configurando algumas definições. Alguns padrões de land omitem alguns pads/esferas, mesmo em BGAs de alta contagem de esferas. Uma vez que você gere um padrão de land BGA padrão para o seu componente, você pode modificar isso adicionando/removendo qualquer um dos pads.

PCB footprint generator — *Gere facilmente o padrão de terra do seu BGA com o Assistente de Footprint Conforme à IPC.*

Embora você possa não precisar criar sua própria pegada para cada componente, as diretrizes acima podem ser usadas para verificar as pegadas que você recebe de uma fonte externa. Infelizmente, não existem regras de design de PCB padrão que incorporem essas diretrizes, então você tem que abordar isso através de inspeção manual, ou você precisa criar uma classe de componente para componentes de passo fino que aplica as regras necessárias de expansão da máscara de solda e de folga. Na minha opinião, você deve olhar para os BGAs de passo fino individualmente ao verificar as pegadas.

Se você quer garantir que o padrão de terra do seu BGA permita uma montagem precisa, use o Assistente de Pegada Conforme IPC no Altium Designer®. É fácil gerar pegadas para pacotes de componentes padrão enquanto permanece em conformidade com os padrões IPC nesta utilidade. Uma vez que você tenha criado suas pegadas de PCB e queira compartilhá-las com seus colaboradores, sua equipe pode trabalhar em conjunto através da plataforma Altium 365™. Tudo o que você precisa para projetar e produzir eletrônicos avançados pode ser encontrado em um único pacote de software.

Apenas começamos a explorar o que é possível fazer com o Altium Designer no Altium 365. Comece sua avaliação gratuita do Altium Designer + Altium 365 hoje.

Altium Concord Pro Reuse Libraries in Altium 365 How to Create a Symbol How to Create a Footprint Creating a New Component in Altium Designer PCB Component Placement Webinar

Sobre o autor

Zachariah Peterson tem vasta experiência técnica na área acadêmica e na indústria. Atualmente, presta serviços de pesquisa, projeto e marketing para empresas do setor eletrônico. Antes de trabalhar na indústria de PCB, lecionou na Portland State University e conduziu pesquisas sobre teoria, materiais e estabilidade de laser aleatório. A experiência de Peterson em pesquisa científica abrange assuntos relacionados aos lasers de nanopartículas, dispositivos semicondutores eletrônicos e optoeletrônicos, sensores ambientais e padrões estocásticos. Seu trabalho foi publicado em mais de uma dezena de jornais avaliados por colegas e atas de conferência, além disso, escreveu mais de dois mil artigos técnicos sobre projeto de PCB para diversas empresas. É membro da IEEE Photonics Society, da IEEE Electronics Packaging Society, da American Physical Society e da Printed Circuit Engineering Association (PCEA). Anteriormente, atuou como membro com direito a voto no Comitê Consultivo Técnico de Computação Quântica do INCITS, onde trabalhou em padrões técnicos para eletrônica quântica e, no momento, atua no grupo de trabalho P3186 do IEEE, que tem como foco a interface de portas que representam sinais fotônicos com simuladores de circuitos da classe SPICE.

Mais conteúdo por Zachariah Peterson