BGA封裝的【SMD(Solder Mask Defined)】與【NSMD(Non Solder Mask Defined)】焊墊設(shè)計(jì)對(duì)于焊錫能力有什么影響？這兩種焊墊又對(duì)PCBA的結(jié)合力有何影響？

 

二、加大零件腳焊錫的面積

請(qǐng)注意：這里指的是加大零件腳焊錫的面積，而不是增加焊錫量。

建議您請(qǐng)先參考深圳宏力捷之前寫的這篇【電子零件焊接強(qiáng)度的觀念澄清】文章。

深圳宏力捷必須再?gòu)?qiáng)調(diào)一次：「焊接強(qiáng)度基本上與焊接的面積成正比」，在不考慮更換錫膏配方及電路板表面處理的前提下，想增強(qiáng)零件焊接強(qiáng)度的要點(diǎn)有二：

 

1、增加零件腳焊錫的接觸面積。不是體積喔！

可惜大部分SMD零件的引腳側(cè)壁不是因?yàn)槌杀究剂慷鴽](méi)有做電鍍處理直接裸銅，造成容易氧化吃不上錫，要不然就是電鍍處理了，但是腳間距卻太小，造成PCB焊墊的設(shè)計(jì)怕短路無(wú)法擴(kuò)大，以至于焊錫無(wú)法完全爬上其側(cè)邊并形成完美的弧型。

 

既然焊腳的側(cè)壁爬錫可以增加焊錫面積與焊錫強(qiáng)度，所以很多人就在接地腳(GND)的地方做文章，比如說(shuō)在板對(duì)板連接器(B2B connector)兩端的接地片增加圓孔或半圓孔形狀，或是將其設(shè)計(jì)成"U"字型都有機(jī)會(huì)可以增加其焊錫強(qiáng)度。

 

既然談到了加大焊錫面積有助增強(qiáng)焊錫強(qiáng)度，就不得不稍微提一下BGA封裝在PCB端的SMD/NSMD焊墊設(shè)計(jì)對(duì)焊錫影響的優(yōu)劣。

請(qǐng)注意不要將這里的【SMD (Solder Mask Defined)焊墊】與【SMD (Surface Mount Device)零件】搞混了喔！

 

假設(shè)SMD與NSMD焊墊設(shè)計(jì)裸露出來(lái)的面積是一樣的，那么NSMD焊墊的焊接能力應(yīng)該會(huì)比SMD焊墊來(lái)得優(yōu)，之前說(shuō)過(guò)了，這是因?yàn)镹SMD焊墊在焊錫時(shí)會(huì)連焊墊的側(cè)壁一起吃到錫，而SMD焊墊則沒(méi)有側(cè)壁。（NSMD又稱為銅箔定義焊墊「Copper Defined pad」）

 

但可別因?yàn)檫@樣就急著將所有的BGA焊墊都改成NSMD焊墊設(shè)計(jì)哦！凡事有利就有弊，這個(gè)世界是公平的，即使你看到的SMD及NSMD裸露出來(lái)的焊墊表面有一樣的大小，但SMD焊墊的尺寸其實(shí)比NSMD要來(lái)的大上許多（PCB Layout布線的設(shè)計(jì)而定），因?yàn)镹SMD的焊墊有一大部分只是被綠漆（Solder-Mask）給覆蓋住而已，就因?yàn)镹SMD的焊墊尺寸比較小，幾乎與BGA的錫球一樣大而已，所以一旦發(fā)生BGA錫球破裂時(shí)，經(jīng)常可見(jiàn)NSMD的焊墊是連著錫球一塊被拔起的。
 

就如深圳宏力捷之前說(shuō)過(guò)的，應(yīng)力會(huì)自己尋找結(jié)合力最脆弱的地方來(lái)宣洩，當(dāng)焊墊從NSMD改成SMD后，焊錫力也跟著增強(qiáng)之后，焊錫IMC層抵抗應(yīng)力的能力大過(guò)了PCB銅箔附著于基材上的結(jié)合力時(shí)（SMD焊墊尺寸變小了），破裂的地方就轉(zhuǎn)變成了焊墊與FR4基材之間了。所以深圳宏力捷還是認(rèn)為，如果想徹底解決BGA破裂的問(wèn)題，應(yīng)該還是要朝減少應(yīng)力作用來(lái)進(jìn)行，才有機(jī)會(huì)得到最好的改善。

 

所以，結(jié)論是NSMD焊墊的吃錫性較SMD焊墊優(yōu)，而SMD焊墊的焊墊結(jié)合力則比NSMD焊墊來(lái)得好。

SMD: Solder-Mask-Defined pads（防焊定義焊墊）

NSMD: Non-Solder-Mask-Defined pads，又稱為Copper Defined pads（銅箔定義焊墊）

建議延伸閱讀：如何設(shè)計(jì)加強(qiáng)產(chǎn)品的BGA焊墊強(qiáng)度以防止BGA開(kāi)裂（SolderMask Defined, SMD）

 

2.使用通孔焊腳來(lái)取代表面貼焊

其實(shí)，電子零件采用表面貼焊(Surface mount)的焊錫強(qiáng)度再怎么改善，其抵抗應(yīng)力的能力就是那樣，想要再增加焊錫強(qiáng)度就只能利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將受到的應(yīng)力傳導(dǎo)給其他的機(jī)構(gòu)來(lái)承受，而最能立竿見(jiàn)影的就是直接將引腳做成直立的穿孔(Plating Hole)設(shè)計(jì)，這樣就可以將引腳受到的應(yīng)力再傳導(dǎo)給PCB的孔壁來(lái)承受，相對(duì)的也可以增加焊錫的強(qiáng)度。較常見(jiàn)的作法是將零件的部份焊腳從表面貼焊制程改成通孔焊接，比如Micro-USB連接器的鐵框焊腳，它基本上還是走SMT制程，只是部份焊腳采用PIH(Paste-In-Hole)制程，最新的Type-C也有連接器廠商出通孔及表面貼焊混合腳的零件。

 

另外，針對(duì)BGA封裝零件，可以考慮將導(dǎo)通孔(vias)放置于PCB端的焊墊上，目的就是在焊墊打上鉚釘以增強(qiáng)焊墊附著于FR4的強(qiáng)度，這就類似房子打地椿防震的道理類似，不過(guò)焊墊上的導(dǎo)通孔一定要電鍍填孔，否則BGA的錫球可能會(huì)形成孔洞(Void/bubble)問(wèn)題，嚴(yán)重的話甚至?xí)斐烧眍^效應(yīng)(head in pillow)的不良現(xiàn)象。

建議相關(guān)閱讀：導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則