Выберите тип контактных площадок печатной платы, указанный для фактического корпуса компонента, а затем проверьте, можно ли совместно изготовить медные элементы, маску и трафарет с заданными размерами. Площадка SMD определяется окном в паяльной маске, которое меньше медной площадки; площадка NSMD определяется медью, а окно в маске вокруг неё больше. Многие поставщики BGA рекомендуют NSMD, но для других корпусов предписывают SMD или намеренное сочетание типов. Сам по себе шаг выводов не определяет выбор.
В статье о стандарте посадочных мест IPC-7351 рассматриваются стандарты посадочных мест и выбор уровня плотности; здесь основное внимание уделяется расчёту допусков между площадкой и маской и передаче данных между проектированием, изготовлением и сборкой. Проверка расширения окон паяльной маски и перемычек по всей плате — отдельная задача, не заменяющая выбор типа для каждой площадки.
1. Чем отличаются SMD и NSMD?
Для круглой площадки обозначим диаметр готовой медной площадки как D, а диаметр окна в маске — как M. Для SMD значение M меньше D: маска перекрывает периметр площадки, а окно определяет номинальную открытую область её верхней поверхности. Для NSMD значение M больше D: границу площадки определяет край меди, а между медью и маской остаётся кольцевой зазор.
| Вопрос проектирования | SMD: определяется маской | NSMD: определяется медью |
|---|---|---|
| Что определяет границу открытой верхней поверхности? | Окно в маске | Край медной площадки |
| Что происходит на краю площадки? | Маска перекрывает медь | Зазор открывает периметр; припой может смачивать боковую поверхность |
| Основная проверка геометрии | Минимальное перекрытие с учётом смещения совмещения и отклонений размеров | Минимальный зазор с учётом смещения совмещения и отклонений размеров |
| Влияние на трассировку | При заданном окне больший размер медной площадки может уменьшить зазор | При сопоставимом диаметре открытой области меньшая медная площадка может оставить больше места для трассировки |
| Вопрос при сборке | Положение окна смещается при отклонении совмещения маски; геометрия паяного соединения меняется у края маски | Окно может открыть соседний проводник или переходное отверстие; край площадки должен оставаться свободным |
Здесь SMD означает solder-mask-defined — площадку, определяемую паяльной маской, а не компонент поверхностного монтажа. Тип площадки на печатной плате также не обязательно должен совпадать с типом площадки на подложке корпуса. Используйте посадочное место для стороны печатной платы из документации компонента, а не копируйте размер со стороны корпуса.
2. Какой тип площадки выбрать?
Начните с точного обозначения компонента, чертежа корпуса и его редакции. Рассматривайте рекомендации по площадкам печатной платы, окнам в маске и трафарету совместно. В техническом описании могут быть разные указания для силовой и сигнальной площадок либо указаны конкретные позиции, требующие иного исполнения. Если поставщик предоставляет рекомендуемое посадочное место, проверьте его соответствие фактически заказанному корпусу и предполагаемому процессу сборки.
| Ситуация | Решение при проектировании | Что необходимо получить до выпуска |
|---|---|---|
| В руководстве по корпусу указан NSMD | Использовать указанные площадку и окно как исходные данные | Допуски изготовителя на совмещение, медь и окна в маске; проверка трафарета сборщиком |
| В руководстве по корпусу указан SMD | Сохранить заданные перекрытие и окно | Минимальное перекрытие с учётом технологических отклонений; план сборки и контроля |
| В руководстве указаны смешанные типы площадок | Следовать указаниям для конкретных позиций, а не общему правилу | Чертёж или библиотечные примечания по каждой площадке; согласование смешанного посадочного места сборщиком |
| Указаний по корпусу нет или они противоречат требованиям DFM | Не заменять один тип другим без согласования | Разъяснение поставщика компонента и письменное решение изготовителя платы и сборщика |
| При малом шаге перемычка маски очень узкая или отсутствует | Сначала рассчитать допустимые размеры окна и перемычки | Минимальная перемычка, допустимая изготовителем для выбранного процесса, и план сборщика по нанесению пасты и предотвращению перемычек припоя |
| Выбор определяется падениями, изгибом или термоциклированием | Рассматривать тип площадки как один из факторов системы паяного соединения | План квалификационных испытаний с репрезентативными платой, корпусом, процессом и нагрузками |
Например, AMD в UG1099 рекомендует NSMD для рассматриваемых в документе компонентов BGA, тогда как MPS в рекомендациях по поверхностному монтажу рекомендует SMD для своих силовых модулей BGA и описывает смешанную конфигурацию для некоторых модулей LGA. Это примеры указаний для конкретных корпусов, а не сравнение производителей или универсальное правило проектирования. Замена типа только на основании общего порогового значения шага может нарушить предусмотренную поставщиком геометрию паяного соединения.
3. Какой зазор или перекрытие остаётся после учёта совмещения?
Номинальный размер кольцевой области не равен её минимальному размеру после изготовления. Для концентрических круглых элементов номинальный радиальный зазор NSMD равен (M-D)/2; номинальное радиальное перекрытие SMD равно (D-M)/2. Смещение маски относительно меди уменьшает кольцевую область с одной стороны и увеличивает её с противоположной.
Консервативный предварительный расчёт, в котором все допуски выражены через положительные предельные значения диаметров, выглядит так:
Здесь R — максимальное радиальное смещение маски относительно меди, C\min — наименьший зазор NSMD, а O\min — наименьшее перекрытие SMD. Используйте применимые производственные допуски для фактического материала маски, способа формирования изображения, производственной панели и чертежа. Учитывайте в расчёте любые другие заданные допуски; не учитывайте один и тот же допуск дважды. Эта упрощённая модель предполагает круглые элементы и ограниченное относительное смещение. Это предварочный расчёт, а не критерий приёмки.
Пример расчёта: одна условная площадка BGA типа NSMD
Предположим, проектом предусмотрены медная площадка диаметром 0.30 мм и окно в маске диаметром 0.40 мм. Примем только для примера диаметр меди 0.29–0.31 мм, диаметр окна 0.39–0.41 мм и максимальное относительное смещение 0.03 мм. Номинальный зазор составляет (0.40-0.30)/2 = 0.05 мм с каждой стороны. Минимум для наихудшего случая равен (0.39-0.31)/2-0.03 = 0.01 мм. При таком сочетании допущений на узкой стороне остаётся всего 10 мкм.
Этот результат не доказывает, что плату можно изготовить. Сравните его с требуемым изготовителем зазором и критериями контроля. Если зазор недостаточен, обсудите увеличение окна, другой процесс или иную конструкцию, одобренную поставщиком компонента. Увеличение окна уменьшает перемычку маски и может открыть соседний проводник, поэтому повторите эти проверки до утверждения изменения.
Для соответствующей проверки SMD представим медную площадку номинальным диаметром 0.40 мм и окно диаметром 0.30 мм с теми же предельными отклонениями диаметров ±0.01 мм и смещением 0.03 мм. Минимальное перекрытие составляет (0.39-0.31)/2-0.03 = 0.01 мм. Это только арифметическое сравнение: эти две условные площадки не являются автоматически взаимозаменяемыми для реального корпуса. Получите данные о требуемом производителем минимальном перекрытии и технологических возможностях поставщика.
4. Хватит ли места для перемычки маски и трассировки от выводов?
Для одинаковых круглых окон в ряду номинальная ширина перемычки маски равна шагу между центрами за вычетом диаметра окна. При шаге 0.50 мм, медной площадке NSMD диаметром 0.25 мм и радиальном расширении окна маски на 0.05 мм диаметр окна составляет 0.35 мм, а номинальная ширина перемычки — 0.15 мм. Это результат проектного расчёта, а не гарантированная ширина готовой перемычки. Важны размер окна, совмещение, данные фотошаблона и технологические отклонения; изготовитель должен подтвердить допустимый минимум для выбранных маски и цвета.
Номинальный зазор между медными элементами тех же соседних площадок составляет 0.50-0.25=0.25 мм. Проводник шириной 0.10 мм, расположенный по центру, оставляет зазор до меди (0.25-0.10)/2=0.075 мм с каждой стороны в упрощённом сечении между двумя площадками. Проверьте в DRC зазор между проводником и площадкой, параметры переходных отверстий и фактическую форму элементов; окно в маске также может открыть проводник. Успешная проверка DRC медных элементов не доказывает, что маска защищает этот проводник.
Если отдельную перемычку маски изготовить невозможно, изготовитель платы и сборщик могут рассмотреть общее окно для ряда или массива площадок. Такое решение меняет открытую для припоя область и риск образования перемычек припоя. Проверьте требования поставщика компонента и до изменения данных фотошаблона поручите сборщику проверить апертуры трафарета, нанесение пасты и контроль. Нельзя считать отсутствие перемычки маски безвредным только потому, что зазор между медными элементами соответствует требованиям.
5. Всегда ли NSMD обеспечивает более прочное соединение?
Ни один тип площадки сам по себе не гарантирует заданный срок службы соединения. NSMD открывает периметр площадки, поэтому припой может смачивать как боковую, так и верхнюю поверхность меди. В конструкции SMD маска перекрывает край площадки, а увеличенная медная площадка, используемая в некоторых конструкциях, может способствовать её закреплению. Ни одно из этих наблюдений само по себе не позволяет предсказать характер отказа собранного изделия.
Для понимания масштаба: идеальная круглая площадка диаметром 0.30 мм и толщиной 0.030 мм имеет площадь верхней поверхности около 0.0707 мм² и площадь цилиндрической боковой поверхности около 0.0283 мм², или 40% от площади верхней поверхности. Это геометрическая площадь, а не измеренная площадь смачивания, прирост прочности соединения или прогноз усталостной долговечности. Реальная площадка соединена с проводником, имеет покрытие поверхности и трёхмерную галтель припоя; фактическое смачивание зависит от процесса.
Отказ может произойти в припое, на границе раздела, в месте крепления меди или в материале основания под площадкой. Значение имеют размер и жёсткость корпуса, толщина платы, материал основания, сплав припоя, геометрия площадки, поддержка платы и тепловая или механическая нагрузка. Если надёжность критична, сравнивайте репрезентативные сборки с использованием условий испытаний и критериев приёмки для данного изделия. Фиксируйте как место отказа, так и результаты проверки на соответствие.
6. Что должен проверить сборщик?
Трафарет и паста. Аппертура для нанесения пасты — отдельный элемент конструкции, отличный от окна в паяльной маске. Её размер и толщина трафарета определяют номинальное количество нанесённой пасты, тогда как выход пасты из апертуры зависит от её геометрии, свойств пасты и условий печати. Не следует считать, что апертура всегда должна совпадать с окном в маске. Исходными данными служат чертёж трафарета от поставщика компонента и анализ процесса сборщиком. Контроль нанесения паяльной пасты (SPI) позволяет проверить нанесённую пасту, если он включён в план контроля.
Переходные отверстия. Открытое переходное отверстие, соединённое с площадкой, может оттягивать припой во время пайки оплавлением. Исполнение переходного отверстия в площадке зависит от корпуса, расположения отверстия, допустимого состояния поверхности и процесса сборки. Открытое тепловое переходное отверстие может быть допустимо в документированной конструкции поставщика; в другом месте может потребоваться заполнение и закрытие отверстия. Указывайте фактическую конструкцию переходного отверстия и требования к поверхности, не предполагая, что они определяются выбором SMD или NSMD.
Смешанные типы площадок. В инструкциях для некоторых компонентов намеренно применяются разные типы площадок в пределах одного корпуса. В других случаях смешение типов может изменить геометрию припоя и процесс нанесения пасты. Документируйте каждое намеренное исключение в посадочном месте и сборочном чертеже и запрашивайте явную технологическую проверку, не допуская незаметного изменения средствами CAM или общим правилом.
Контроль. Совмещение маски и открытые участки площадок можно проверить на голой плате; нанесённую пасту можно оценить до установки компонентов. AOI контролирует видимые элементы, а выборочный рентгеновский контроль позволяет исследовать скрытые соединения там, где это предусмотрено. Признаки дефектов отдельных соединений и ограничения контроля рассмотрены в статье о дефектах пайки BGA. Сам по себе рентгеновский контроль не определяет усталостную долговечность и не доказывает целостность каждой границы раздела. До изготовления согласуйте места контроля, объём выборки и критерии приёмки, а при необходимости исследуйте подозрительные соединения с помощью дополнительного анализа.
7. Контрольный список для выпуска в проектирование, изготовление и сборку
| Ответственный | Вопрос перед выпуском | Результат или решение |
|---|---|---|
| Проектировщик | Соответствует ли посадочное место точному корпусу и его редакции? | Слои меди, маски и пасты; чертёж компонента; документированные исключения |
| Проектировщик | Соответствуют ли требованиям перекрытие или зазор в наихудшем случае, перемычка маски и результаты DRC медных элементов? | Расчёт размеров и допусков; указанные локальные переопределения |
| Изготовитель платы | Можно ли совместно изготовить заданные элементы маски и меди? | Заключение DFM, ограничения процесса нанесения маски и любые предлагаемые изменения данных фотошаблона |
| Сборщик | Соответствуют ли трафарет, паста, исполнение переходных отверстий и поддержка платы данному корпусу? | Проверка трафарета и процесса; объём контроля первого изделия |
| Ответственный за качество / изделие | Какие воздействия должно выдерживать готовое изделие? | Применимые условия квалификационных испытаний, критерии приёмки и ответственный за управление изменениями |
| Закупки | Что включено в заказ? | Согласованные количества, места контроля, отчёты и порядок согласования отклонений |
Передайте данные Gerber или ODB++ и данные сверления, BOM с обозначениями компонентов производителя, данные установки компонентов, сборочный чертёж, соответствующие рекомендации по посадочным местам компонентов и любые специальные требования к маске или переходным отверстиям. Отметьте критичные посадочные места и укажите, требуется ли согласование заказчика для предлагаемого изменения данных фотошаблона. Включите требуемые подтверждения надёжности и результаты контроля в запрос коммерческого предложения, не предполагая, что они предоставляются стандартно.
Услуги HILPCB по сборке SMT включают проверку посадочных мест корпусов, зазоров паяльной маски, апертур трафарета и исполнения переходных отверстий в площадках. SPI, AOI и выборочный рентгеновский контроль подбираются в соответствии с согласованным объёмом контроля; фактический маршрут и предоставляемые результаты подтверждаются для представленного проекта. Укажите сведения о корпусе и посадочном месте в запросе коммерческого предложения или свяжитесь с нашей командой, чтобы обсудить необходимую проверку.
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между площадками SMD и NSMD?
У площадки SMD окно в маске меньше медной площадки, поэтому границу открытой верхней поверхности определяет маска. У NSMD окно больше площадки, поэтому её границу определяет край меди. SMD в данном контексте означает площадку, определяемую паяльной маской.
Всегда ли NSMD лучше для BGA?
Нет. Во многих руководствах по корпусам BGA рекомендуется NSMD, тогда как в других указан SMD. Следуйте посадочному месту для печатной платы, указанному производителем конкретного компонента, и согласуйте конструкцию с изготовителем платы и сборщиком.
Как рассчитать зазор маски для NSMD?
Для концентрических круглых элементов вычтите диаметр меди из диаметра окна и разделите результат на два. Для оценки наименьшего зазора используйте минимальный диаметр окна, максимальный диаметр меди и максимальное относительное смещение совмещения, затем сравните результат с технологическими требованиями изготовителя.
Можно ли сочетать площадки SMD и NSMD под одним компонентом?
Некоторые производители предписывают намеренное сочетание для определённых корпусов. В остальных случаях обратитесь к поставщику компонента и сборщику для проверки изменения: разные типы площадок могут влиять на геометрию припоя, нанесение пасты и образование перемычек. Документируйте все намеренные исключения.
Определяет ли тип площадки апертуру трафарета?
Нет. Медная площадка, окно в маске и апертура трафарета — отдельные элементы. Используйте рекомендации по сборке компонента и результаты проверки сборщиком, чтобы выбрать геометрию апертуры и толщину трафарета для предполагаемых пасты и процесса.