CN102256442A - 球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板，包括由多个相互间隔排列的焊点在多层印刷线路板的表面形成方形环状的栅格阵列，用于焊接球栅阵列封装芯片；其中：在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点；非圆形焊点的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点设置；在部分相邻两非圆形焊点之间设置有走线。由于在BGA焊盘外环的焊点中采用了非圆形焊点，增加了外环相邻焊点之间的间距，以至于能够从中间走线，以连接栅格阵列内环的圆形焊点，由此降低了多层印刷线路板尤其是手机主板的设计难度，减少了多层线路板的层数或级数，从而无形中就降低了批量化生产手机主板的成本，提高了线路板厂家的核心竞争力。

Description

球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板

技术领域

本发明涉及球栅阵列封装芯片及其应用的手机主板领域，更具体的说，涉及的是一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板。

背景技术

上世纪90年代，随着晶体管技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足电子产品发展的需要，BGA(Ball Grid Array Package，球栅阵列)封装技术开始被应用于生产。

近几年，全球移动通信迅速发展，发达国家的移动电话普及率已经达到70％以上，有的地区甚至接近100％。而同类型的移动电话，手机成本越低，质量越高，竞争力越强，销售量越多，利润越高。

但是，在移动电话的主板设计中，随着应用芯片的尺寸越来越小，集成度越来越高，PCB布线也越来越困难，例如，越来越多地应用0.4 pitch BGA芯片，使得有些厂家不得不从采用8层一阶板布线方式到采用8层二阶错孔板，甚至到采用10层二阶错孔板布线方式，由此在批量化的生产时无形中就大大增加了产品的成本。

如图1所示，为0.4mm pitch BGA圆形焊点100的焊盘结构，一是因为3G等手机技术的发展给手机增加了很多的功能但同时又要求手机的体积要越来越小，二是因为0.4mm pitch BGA封装器件的圆形焊盘结构特点，使得PCB的布线甚至需要采用10层二阶的的线路才能实现设计的目的。

如图2所示，在0.4mm pitch BGA封装规格的圆形焊盘中，根据其芯片规格书及SMT经验，通常圆形焊点的焊盘110直径为0.250mm，其外围的绝缘环120的直径为0.305mm，若相邻两圆形焊点中心的间距为0.4mm，则焊点之间的焊盘110间隙空间只有0.150mm，若要在相邻焊盘110设置走线，走线自身的宽度和走线边缘距离焊盘110的间距只有0.05mm，大大的增加了PCB制造的报废率和成本。线宽/线距0.05mm/0.05mm对比0.07mm/0.07mm，成本需增加15%左右，目前国内大部分PCB制造商的批量生产能力为线宽/线距0.07mm/0.07mm。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板，可简化手机主板的设计难度，降低批量化生产手机主板的成本。

本发明的技术方案如下：一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构，设置在印刷线路板的表面，包括由多个相互间隔排列的焊点形成方形环状的栅格阵列；其中：在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点；非圆形焊点的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点设置；在部分相邻两非圆形焊点之间设置有走线。

所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其中：非圆形焊点的形状为长圆形。

所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其中：非圆形焊点的形状设置为椭圆形。

所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其中：走线边缘距离非圆形焊点的最小间距不小于0.07mm。

所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其中：在由多个焊点所形成的栅格阵列中，在位于最外环的圆形焊点上进行激光钻孔。

一种手机的多层印刷线路板，包括由多个相互间隔排列的焊点在多层印刷线路板的表面形成方形环状的栅格阵列，用于焊接球栅阵列封装芯片；其中：在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点；非圆形焊点的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点设置；在部分相邻两非圆形焊点之间设置有走线。

所述的手机的多层印刷线路板，其中：所述球栅阵列封装芯片选用的是0.4 pitch BGA芯片。

所述的手机的多层印刷线路板，其中：所述多层印刷线路板选用的是八层一阶板或八层二阶错孔板。

本发明所提供的一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板，由于在BGA焊盘外环的焊点中采用了长圆形焊点，增加了外环相邻焊点之间的间距，以至于能够从中间走线，以连接栅格阵列内环的圆形焊点，由此降低了多层印刷线路板尤其是手机主板的设计难度，减少了多层线路板的层数或级数，从而无形中就降低了批量化生产手机主板的成本，提高了线路板厂家的核心竞争力。

附图说明

图1是现有技术中0.4mm pitch BGA圆形焊点焊盘图。

图2是现有技术中0.4mm pitch BGA圆形焊点焊盘的细部结构设计图。

图3是本发明中0.4mm pitch BGA长圆形焊点焊盘图。

图4是本发明中某0.4mm pitch BGA PCB板的顶层焊盘局部示意图。

图5是本发明中0.4mm pitch BGA长圆形焊点焊盘带走线的细部结构设计图。

图6是本发明中0.4mm pitch BGA长圆形焊点焊盘与周边相邻圆形焊点焊盘的结构设计图。

图7是本发明中0.4mm pitch BGA椭圆形焊点焊盘带走线的细部结构设计图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用0.4mm pitch BGA封装器件的规格参数以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明的一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构，设置在印刷线路板的表面，其具体实施方式之一，如图3所示，包括由多个相互间隔排列的焊点形成方形环状的栅格阵列；其中，在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点200。同时，栅格阵列最外环的焊点中并非全部都设置成非圆形焊点200，在需要夹线位置的焊点中设置即可。

本发明的一种手机的多层印刷线路板，其具体实施方式之一，以长圆形的非圆形焊点200为例，如图4所示，包括由多个相互间隔排列的焊点在多层印刷线路板的表面形成方形环状的栅格阵列，用于焊接球栅阵列封装芯片（图中仅示出了印刷线路板的局部）；其中：在栅格阵列最外环的焊点中设置有长圆形焊点200；长圆形焊点200的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点100设置；在部分相邻的两长圆形焊点200之间设置有走线300。由于走线300可从栅格阵列的外部直接连接至其内环的圆形焊点100上，避免了需要穿孔分层连接的方式，简化了BAG焊盘的连线方式，由此降低了应用BAG封装器件的线路板的设计难度。

在本发明球栅阵列封装芯片焊盘结构和手机多层印刷线路板的优选实施方式中，具体的，以常用的0.4mm pitch BGA封装规格为例，如图5所示，相邻两长圆形焊点焊盘210中心之间的间距仍为0.4mm；则长圆形焊点的焊盘210宽度可设置为0.18mm，长度可设置为0.32mm；而长圆形焊点的防焊开窗220的宽度可设置为0.235mm，长度可设置为0.375mm；防焊开窗220的单边宽度为(0.235-0.180)÷2=0.0275mm或(0.375-0.320)÷2=0.0275mm。则相邻两长圆形焊点之间的焊盘210间隙为0.220mm，大大超过现有技术中的0.150mm，故可以在其之间实现穿线；若在两长圆形焊点的焊盘210之间布0.07mm宽度的走线300，该走线300边缘距离任一长圆形焊点焊盘210边缘的最小距离都超过0.075mm。

进一步地，如图6所示，长圆形焊点的焊盘210中心与其相邻圆形焊点的焊盘110中心的间距均设置为0.4mm；其中包括同处最外环的长圆形焊点与其相邻的圆形焊点之间的间距，以及处于最外环的长圆形焊点与相邻内环的圆形焊点之间的间距；对于前者而言，同处最外环的长圆形焊点的焊盘210边缘与其相邻的圆形焊点的焊盘110边缘之间的最小距离为0.185mm，也超过现有技术中的0.150mm，可见，长圆形焊点确实在没有减少焊点的数量的情况下明显加大了焊盘之间的间距。

较好的是，如果需要在焊盘上钻孔时，避免在中间穿线的长圆形焊点的焊盘上进行激光钻孔，可在中间没有布线的长圆形焊点的焊盘上进行激光钻孔，也可在同处于最外环的圆形焊点的焊盘上进行激光钻孔。

由于市场上的多层板的价格是有所不同的，按RMB/cm2算的话，8层一阶板的价格约0.3999元，8层二阶错孔板的价格约0.4935元，10层二阶错孔板的价格约0.6400元；层数越多，价格越贵；阶数越高，价格越贵。因此，如果改用本发明申请中的长圆形焊点焊盘，采用8层二阶错孔板即可实现原先须用10层二阶错孔板才能实现的电路设计，价格能节省29%；而本该在8层二阶错孔板上进行设计的电路如今用8层一阶板即可实现，价格能节省23%；从而可以在规模化的生产中节省大量资金。

以一块常用的100*50mm多层线路板为例，如果采用了本发明申请的长圆形焊点焊盘，就能用8层一阶板代替8层二阶错孔板，则每块电路板就可节省4.68RMB，这意味着，假设出货100K或10万件板子的话，仅线路板本身就可直接节省46.8万元的成本；那要是能从10层二阶错孔板降到8层二阶错孔板，可节省的成本就更多，显然对于价格竞争如此激烈的手机等行业来说，这将是很大的数字。

与现有技术中的栅阵列封装芯片焊盘结构和手机多层印刷线路板相比，本发明所提供的一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构和手机的多层印刷线路板，由于在BGA焊盘外环的焊点中采用了长圆形等非圆形焊点，增加了外环相邻焊点之间的间距，以至于能够从中间走线，以连接栅格阵列内环的圆形焊点，由此降低了多层印刷线路板尤其是手机主板的设计难度，减少了多层线路板的层数或级数，从而无形中就降低了批量化生产手机主板的成本，提高了线路板厂家的核心竞争力。

在实际的生产制造过程中，针对长圆形焊点的焊盘，手机贴片工厂也不需要采用特殊的工艺对采用长圆形焊盘的PCB板进行处理，采用现有BGA焊接的回流焊技术即可。当锡球置于一个加热的环境中时，锡球回流可分为三个阶段：预热、回流和冷却。

预热：首先，用于提高所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，而温度的上升速度必需要慢，大约控制在每秒5度，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠；另外，一些元件对内部的应力比较敏感，如果元件外部的温度上升太快，也会造成元件断裂。当助焊剂（膏）活跃后，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂（膏）和免洗型助焊剂（膏）都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。

回流：这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面。

冷却：如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元件内部的温度应力。

通过采用回流焊的工艺，从PCB贴片工厂中随机抽查了采用圆形焊盘和长圆形焊盘各500片样片，得到的结果如下表所示。

焊盘形状	长圆形焊盘	圆形焊盘
			故障率	0.37%	0.33%

由此可见，经过贴片质量分析，采用长圆形焊盘和圆形焊盘的故障率类似，并不会给工厂增加额外的附加费用。

同时，为了比较焊接的可靠性，还从手机工厂随机领取了采用长圆形焊盘手机和圆形焊盘手机各10台做跌落实验，标准是1.5m,每台手机跌20次，即每个面、角各做两次跌落，所得出的测试结果如下表所示(OK表示正常，NG 即no good，表示没有通过的意思)。

经过跌落实验分析，测试的结果表明，无论是采用长圆形焊盘还是圆形焊盘，手机的功能都是正常的，也就是说，0.4pitch BGA长圆形外环焊盘和圆形焊盘的芯片都工作正常，并没有出现芯片pin脚断裂的现象。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如，如图7所示，长圆形焊点的焊盘及其防焊开窗还可相应替换为椭圆形焊点的焊盘410及其防焊开窗420，相邻两椭圆形焊点的焊盘410之间也可走线300等，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种球栅阵列封装芯片的焊盘结构，设置在印刷线路板的表面，包括由多个相互间隔排列的焊点形成方形环状的栅格阵列；其特征在于：在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点；非圆形焊点的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点设置；在部分相邻两非圆形焊点之间设置有走线。

2.根据权利要求1所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其特征在于：非圆形焊点的形状为长圆形。

3.根据权利要求1所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其特征在于：非圆形焊点的形状设置为椭圆形。

4.根据权利要求1至3中任一所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其特征在于：走线边缘距离非圆形焊点的最小间距不小于0.07mm。

5.根据权利要求1所述的球栅阵列封装芯片的焊盘结构，其特征在于：在由多个焊点所形成的栅格阵列中，在位于最外环的圆形焊点上进行激光钻孔。

6.一种手机的多层印刷线路板，包括由多个相互间隔排列的焊点在多层印刷线路板的表面形成方形环状的栅格阵列，用于焊接球栅阵列封装芯片；其特征在于：在栅格阵列最外环的焊点中设置有非圆形焊点；非圆形焊点的长度方向朝向栅格阵列内环的圆形焊点设置；在部分相邻两非圆形焊点之间设置有走线。

7.根据权利要求6所述的手机的多层印刷线路板，其特征在于：所述球栅阵列封装芯片选用的是0.4 pitch BGA芯片。

8.根据权利要求6所述的手机的多层印刷线路板，其特征在于：所述多层印刷线路板选用的是八层一阶板或八层二阶错孔板。

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