你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)與NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊墊/焊盤設(shè)計(jì)嗎？SMD與NSMD的焊墊設(shè)計(jì)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？BGA的焊墊應(yīng)該設(shè)計(jì)成SMD或NSMD才能提升對(duì)抗應(yīng)力的沖擊而不會(huì)破裂呢？

 

新官上任三把火，公司內(nèi)部中高層人事異動(dòng)后，新人總喜歡出些新點(diǎn)子來(lái)彰顯自己的存在價(jià)值，老美常見的戲碼，也總喜歡推翻前人的決定，認(rèn)為前人的決定都是狗屎。這次熊熊燃燒起來(lái)一把火是要求以后新產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)時(shí)「BGA的焊盤設(shè)計(jì)都應(yīng)該采用NSMD來(lái)取代SMD」，他認(rèn)為這樣可以增強(qiáng)BGA抵抗應(yīng)力的能力，有助通過(guò)產(chǎn)品驗(yàn)證的「摔落測(cè)試(drop test)」與「滾動(dòng)測(cè)試(tumble test)」。

 

因?yàn)檫@位長(zhǎng)官覺得在同樣裸露出來(lái)的銅箔面積下，NSMD的吃錫面積比SMD焊墊設(shè)計(jì)來(lái)得多，NSMD焊墊設(shè)計(jì)的焊墊表面與側(cè)面都可吃到錫，但是SMD焊墊設(shè)計(jì)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(yīng)力沖擊或板彎量。

 

理論上如果僅就「焊錫強(qiáng)度」來(lái)看，NSMD的焊墊設(shè)計(jì)的確比SMD的吃錫面積來(lái)得多而且強(qiáng)壯（基于露銅面積一樣時(shí)），但是在實(shí)際應(yīng)用上，將BGA焊墊設(shè)計(jì)成NSMD真的就比較耐摔嗎？答案似乎不一定？

 

為了驗(yàn)證這個(gè)論點(diǎn)，我們?cè)?jīng)做過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，將同樣一塊電路板的BGA焊墊分別設(shè)計(jì)成SMD與NSMD兩批樣品，然后拿去做整顆BGA-IC的拉拔力測(cè)試，結(jié)果其實(shí)與這位長(zhǎng)官想的不太一樣，但這并不能代表什么，因?yàn)椴徽撌荢MD或NSMD焊墊設(shè)計(jì)，其最終都無(wú)法通過(guò)DQ的「摔落測(cè)試(drop test)」或「滾動(dòng)測(cè)試(tumble test)」。

 

總總跡象顯示有時(shí)候NSMD表現(xiàn)比較好，有時(shí)候卻又是SMD表現(xiàn)比較好。所以，在BGA焊墊設(shè)計(jì)上我們無(wú)法證明NSMD一定比SMD來(lái)得好。

 

這個(gè)結(jié)果只能告訴我們，如果不從設(shè)計(jì)根本解決沖擊應(yīng)力對(duì)PCB板彎與BGA失效所造成的影響，一心想靠著增加「焊錫強(qiáng)度」來(lái)解決BGA破裂的問題，結(jié)果應(yīng)該會(huì)讓人大失所望。

 

最后，來(lái)看一下【SMD與NSMD焊墊設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)的比較表】吧！這個(gè)表格的觀念在之前的文章中應(yīng)該都有提到過(guò)了，這里將之整理成表格給大家可以更容易理解。這個(gè)比較表建立在SMD與NSMD焊墊上裸露出相同的銅箔表面積當(dāng)基礎(chǔ)做成的。

 

	SMD  (Solder-Mask-Defined)	NSMD  (Non-SMD)
優(yōu)點(diǎn)	焊墊與FR4的結(jié)合力(Bonding force)較強(qiáng)。  因?yàn)槠鋵?shí)際銅箔的面積較大。	吃錫面積較大、焊錫強(qiáng)度較佳。 因?yàn)楹稿a可以同時(shí)吃在銅箔的正上方表面與側(cè)邊。  Layout時(shí)可以有比較多的空間 讓線路從兩個(gè)焊墊之間通過(guò)。
缺點(diǎn)	焊錫強(qiáng)度較差。  因?yàn)橄鄬?duì)吃錫面積變小，而且綠漆會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s影響焊錫與綠漆交界處的吃錫效果。  Layout時(shí)走線較困難。	焊墊與FR4的結(jié)合力較差。  因?yàn)槠鋵?shí)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(qū)域。
錫球最可能斷裂位置	錫球最可能斷裂位置 發(fā)生在錫球與PCB焊墊之間  （一般在IMC層位置）	發(fā)生在焊墊與FR4之間  （一般焊墊會(huì)被剝離）

 

到目前為止，我們并沒有任何確切的證據(jù)可以證明到底BGA焊墊應(yīng)該設(shè)計(jì)成SMD或NSMD比較好以抵抗應(yīng)力造成的錫球破裂問題，深圳宏力捷建議是從設(shè)計(jì)根本來(lái)解決應(yīng)力問題。

 

另外，如果對(duì)PCB成本影響不大，深圳宏力捷強(qiáng)烈建議BGA的焊墊設(shè)計(jì)應(yīng)該采用NSMD+via，只是導(dǎo)通孔(via)必須鍍銅填孔，而且還要盡量加大焊墊的尺寸，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明有加導(dǎo)通孔的焊墊，其承受推力(shear)及拉力(pull)的能力都比沒有加導(dǎo)通孔的焊墊強(qiáng)。

 

如果你對(duì)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(yīng)力大于結(jié)合力的必然結(jié)果