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PCB設計大講堂：為了對抗錫球裂開，BGA焊墊應該設計成SMD或NSMD？

發布時間 :2018-09-26 15:50 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷admin

你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)與NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊墊/焊盤設計嗎？SMD與NSMD的焊墊設計各有什么優缺點？BGA的焊墊應該設計成SMD或NSMD才能提升對抗應力的沖擊而不會破裂呢？

新官上任三把火，公司內部中高層人事異動后，新人總喜歡出些新點子來彰顯自己的存在價值，老美常見的戲碼，也總喜歡推翻前人的決定，認為前人的決定都是狗屎。這次熊熊燃燒起來一把火是要求以后新產品PCB設計時「BGA的焊盤設計都應該采用NSMD來取代SMD」，他認為這樣可以增強BGA抵抗應力的能力，有助通過產品驗證的「摔落測試(drop test)」與「滾動測試(tumble test)」。

因為這位長官覺得在同樣裸露出來的銅箔面積下，NSMD的吃錫面積比SMD焊墊設計來得多，NSMD焊墊設計的焊墊表面與側面都可吃到錫，但是SMD焊墊設計則只有表面焊墊能吃到錫，所以NSMD要比SMD可以承受更大的應力沖擊或板彎量。

理論上如果僅就「焊錫強度」來看，NSMD的焊墊設計的確比SMD的吃錫面積來得多而且強壯（基于露銅面積一樣時），但是在實際應用上，將BGA焊墊設計成NSMD真的就比較耐摔嗎？答案似乎不一定？

為了驗證這個論點，我們曾經做過實驗計劃，將同樣一塊電路板的BGA焊墊分別設計成SMD與NSMD兩批樣品，然后拿去做整顆BGA-IC的拉拔力測試，結果其實與這位長官想的不太一樣，但這并不能代表什么，因為不論是SMD或NSMD焊墊設計，其最終都無法通過DQ的「摔落測試(drop test)」或「滾動測試(tumble test)」。

總總跡象顯示有時候NSMD表現比較好，有時候卻又是SMD表現比較好。所以，在BGA焊墊設計上我們無法證明NSMD一定比SMD來得好。

這個結果只能告訴我們，如果不從設計根本解決沖擊應力對PCB板彎與BGA失效所造成的影響，一心想靠著增加「焊錫強度」來解決BGA破裂的問題，結果應該會讓人大失所望。

最后，來看一下【SMD與NSMD焊墊設計優缺點的比較表】吧！這個表格的觀念在之前的文章中應該都有提到過了，這里將之整理成表格給大家可以更容易理解。這個比較表建立在SMD與NSMD焊墊上裸露出相同的銅箔表面積當基礎做成的。

將BGA焊墊設計為SMD與NSDM優缺點

	SMD (Solder-Mask-Defined)	NSMD (Non-SMD)

優點	焊墊與FR4的結合力(Bonding force)較強。因為其實際銅箔的面積較大。	吃錫面積較大、焊錫強度較佳。因為焊錫可以同時吃在銅箔的正上方表面與側邊。 Layout時可以有比較多的空間讓線路從兩個焊墊之間通過。
缺點	焊錫強度較差。因為相對吃錫面積變小，而且綠漆會因為熱脹冷縮影響焊錫與綠漆交界處的吃錫效果。 Layout時走線較困難。	焊墊與FR4的結合力較差。因為其實際銅箔的面積較小。助焊劑、錫珠較容易殘留在未被綠漆覆蓋住的區域。
錫球最可能斷裂位置	錫球最可能斷裂位置發生在錫球與PCB焊墊之間（一般在IMC層位置）	發生在焊墊與FR4之間（一般焊墊會被剝離）

到目前為止，我們并沒有任何確切的證據可以證明到底BGA焊墊應該設計成SMD或NSMD比較好以抵抗應力造成的錫球破裂問題，深圳宏力捷建議是從設計根本來解決應力問題。

另外，如果對PCB成本影響不大，深圳宏力捷強烈建議BGA的焊墊設計應該采用NSMD+via，只是導通孔(via)必須鍍銅填孔，而且還要盡量加大焊墊的尺寸，因為實驗數據說明有加導通孔的焊墊，其承受推力(shear)及拉力(pull)的能力都比沒有加導通孔的焊墊強。

如果你對于「BGA錫球破裂與零件掉落」的解決方案有興趣，不妨參考一下深圳宏力捷寫的這一系列的文章分享：錫裂不一定是SMT制程問題，只是應力大于結合力的必然結果

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