Dicas de layout imperdíveis para chips BGA

Com o desenvolvimento da tecnologia de embalagem de chips, BGA (matriz de grade de esferas) tem sido considerada uma forma de embalagem padrão. No que diz respeito aos chips com centenas de pinos, a aplicação do pacote BGA traz enormes vantagens.


Os chips BGA superam os chips QFP (quad flat package) em termos de formato dos pacotes BGA. Os pacotes BGA reduzem drasticamente o tamanho físico dos chips com o conjunto de esferas de solda substituindo os terminais periféricos nos chips QFP, o que é especialmente óbvio quando vários pinos de E/S estão disponíveis. A área de superfície do BGA aumenta linearmente com a melhoria da contagem de pinos de E/S, enquanto a do QFP aumenta com a melhoria da contagem de pinos de E/S quadrados. Como resultado, o pacote BGA oferece maior capacidade de fabricação para componentes com vários pinos do que o QFP. De um modo geral, a contagem de pinos de E/S varia de 250 a 1089, o que é determinado especificamente pelo tipo e tamanho da embalagem. No que diz respeito à fabricação, os chips BGA também têm um desempenho melhor do que os chips QFP. Os pinos dos chips do pacote BGA são em forma de bola e são distribuídos em matriz 2D. Além disso, os pinos de E/S apresentam um passo maior que o QFP e funcionam como bolas duras que não serão deformadas devido ao contato. Quando se trata de fabricantes de chips, outro mérito dos chips BGA está em seu alto rendimento. A taxa de defeito de montagem dos chips BGA é normalmente de 0,3 ppm a 5 ppm por pino, o que pode ser considerado equivalentemente sem defeito.


Graças às razões discutidas acima, os chips de pacote BGA são amplamente aplicados por montadores eletrônicos. No entanto, a forma peculiar dos pacotes BGA leva a um maior risco de curto-circuito na soldagem, a menos que algumas dicas importantes de layout sejam aproveitadas na fase de projeto. Assim, este artigo demonstrará na parte restante algumas regras de layout importantes para chips BGA para que o efeito de solda ideal possa ser obtido na montagem SMT (surface mount technology).

• Arremesso e Espaçamento

O passo da esfera de solda para pacotes BGA geralmente permanece em 50mil. Para atender a exigência de tecnologia usada no processo de fabricação de PCB (placa de circuito impresso), o espaçamento entre o furo passante e a borda da almofada deve ser de pelo menos 8mil e o espaçamento entre os traços e a borda da almofada pode ser reduzido para 5mil a 6mil. Portanto, é razoável definir o tamanho do bloco de chips BGA entre 18mil a 25mil e a largura de rastreamento entre as bolas de solda BGA deve estar na faixa de 6mil a 8mil.

• Configuração da marca de posicionamento

Como os pacotes BGA dificilmente são inspecionados a olho nu e as juntas de solda não são vistas a olho nu, marcas fiduciais precisas devem ser definidas para serem compatíveis com a exigência de inspeção de montagem, montagem manual e substituição após o retrabalho.


É uma prática comum colocar duas marcas fiduciais em cantos opostos de um componente BGA ou duas marcas de canto, conforme ilustrado na figura a seguir.

Tanto as marcas fiduciais quanto as marcas de canto são colocadas na camada equivalente com pacotes BGA, ou seja, camada de componente. As marcas fiduciais normalmente apresentam três tipos de forma:quadrado, círculo e triângulo cujo tamanho varia de 20mil a 80mil com uma área sem máscara de solda coberta permaneceu com um tamanho de 60mil. A largura das marcas de canto está na faixa de 8mil a 10mil, fornecendo o alinhamento mais preciso para gráficos de pad BGA.

• Orifícios passantes condutores entre as almofadas

De um modo geral, os orifícios passantes NÃO devem ser dispostos entre as almofadas com vias cegas e vias enterradas substituídas. No entanto, esse método levará a um custo maior para a fabricação de PCB. Se for necessário aplicar orifícios de passagem entre as almofadas, deve-se usar óleo de máscara de solda para impedir que a solda escorra ou para preencher ou cobrir os orifícios para interromper os curtos-circuitos na soldagem.

• Bloco

Entre todos os pinos dos chips BGA, há muitos derivados de energia ou terra. Se um bloco for projetado como um orifício passante, muito espaço será economizado para rastreamento. No entanto, este tipo de design só funciona para a tecnologia de solda por refluxo. Como o método de montagem do furo passante é usado, o volume do furo passante deve ser compatível com a quantidade de pasta de solda. Enquanto essa tecnologia for aplicada, a pasta de solda passará pelo orifício preenchido. Com esse elemento fora de consideração, as bolas de solda afundarão nas juntas de solda com a condutividade diminuindo.


O layout do chip BGA nunca está limitado aos aspectos acima e é quase impossível para um único artigo cobrir todas as dicas de layout para chips BGA. Além dos itens acima, o layout dos componentes BGA também está associado às capacidades e parâmetros de equipamentos de fabricantes ou montadores contratados. Por exemplo, o tamanho máximo e mínimo de placa que um montador de chip é capaz de lidar pode diferir um do outro, exigindo modificações de design correspondentes para serem compatíveis com diferentes requisitos de design. Como resultado, é de grande importância fazer confirmações completas sobre tudo relacionado ao layout do chip BGA para obter o desempenho ideal do PCB montado e outros produtos finais.

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Recursos úteis
• Uma introdução à tecnologia de embalagem BGA
• Fatores que afetam a qualidade da montagem BGA
• Aplicação da tecnologia de montagem em superfície (SMT) em pacotes Ball Grid Array (BGA)
• Medidas efetivas para controle de qualidade em juntas de solda Ball Grid Array (BGA)
• Requisitos sobre arquivos de projeto para garantir a montagem BGA eficiente
• Como obter uma cotação precisa para suas demandas de montagem BGA