SMD vs. NSMD: Was sind die Unterschiede im BGA-Pad-Design?

Moderne Elektronik nutzt die Ball Grid Array-Technologie (BGA) für seine hohe Effizienz und Leistung. In diesem Beitrag werden die Unterschiede zwischen SMD- und NSMD-Pads in BGA-Designs erläutert, die für die Optimierung der PCB-Funktionalität wichtig sind.

Unterschied zwischen SMD- und NSMD-Pad-Typen

Hier ist eine Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen Lötmasken-definierten (SMD) und Nicht-Lötmasken-definierten (NSMD) Pad-Typen zusammenfasst:

Was ist ein SMD-Pad?

Lötmaske definiert, hat eine größere Kupferpadgröße als der offene Bereich der Lötmaske. Das bedeutet, dass die Lötmaske das Kupferpad bedeckt und ihre offene Größe die Größe des Lötpads bestimmt.

Die Vorteile des SMD-Pad-Designs sind:

• Das SMD-Pad-Design bietet eine bessere Bindungsfestigkeit der Kupfer-Pads auf der Leiterplatte. Es verbessert auch die BGA-Bondfestigkeit, da die Kupferpadgröße von SMD größer ist als die von NSMD. Je größer die Kupfergröße, desto größer ist die PCB-Verbindungsfestigkeit.

• Das SMD-Pad-Design weist eine bessere Leistung auf, um den Aufprall-Falltest zu überstehen. Nach Angaben der PCB-LieferantIm Vergleich zu den NSMD-Pad-Designs gibt es eine 53-prozentige Verbesserung der Pad-Bondfestigkeit auf der Leiterplatte.

Die Nachteile von SMD sind:

• Geringere Lötfestigkeit: Das SMD-Pad-Design verringert die Lötfestigkeit, da die Lötstopplack vergrößert seine Abmessungen und verringert die Lötgröße während der Hochtemperatur-Reflow-Phase.

• Schlechte Toleranzkontrolle: Der Lötmaskendruck verschiebt sich aufgrund einer schlechten Toleranzkontrolle. Dies führt zu einer Positionsdiskrepanz zwischen der BGA-Kugel und dem Pad auf der Leiterplatte. In einigen schwerwiegenden Fällen wird die Größe des Lötpads auf der Leiterplatte beeinträchtigt.

• Schwierigkeiten beim Trace-Layout: Das Leiterbahnlayout zwischen den Pads ist beim SMD-Pad-Design schwieriger, da durch die größere Pad-Größe der Abstand zwischen den Pads kleiner wird.

Was ist ein NSMD-Pad?

NSMD (Non-Solder Mask Defined), auch Copper Defined Pad Design genannt, verfügt über ein Kupferpad, das kleiner als das Lötmaskenloch ist. Das Design legt das gesamte Kupferpad frei, da es nicht abgedeckt wird und eine Lücke entsteht. Bei diesem Ansatz wird im Gegensatz zu SMD die Padgröße auf dem Kupfer selbst und nicht auf der Maske festgelegt, was einen deutlichen Vorteil bei der Lötgenauigkeit und Verbindungsstärke bietet.

Die Vorteile des NSMD-Pad-Designs sind:

• Gute Lötbarkeit: Der Lötbereich ist nicht nur die Oberfläche des Kupferpads, sondern auch die umgebende Seite des Kupferpads.

• Präzise Kontrolle der Padgröße und -position: Leiterplattenlieferanten können die Lötpadgröße und die Position des NSMD leicht steuern. Da das Kupferpad durch optische Belichtung erfasst wird, handelt es sich um eine genauere Technologie.

• Verbesserte Flexibilität beim Trace-Layout: NSMD-Pad-Designs (Non-Solder Mask Defined) können das Leiterbahnlayout einfacher machen als SMD-Pads (Solder Mask Defined), da die Kupferpads in NSMD-Designs kleiner sind.

Die Nachteile für NSMD sind:

• Reduzierte mechanische Festigkeit: Die geringere Größe von NSMD-Pads kann die Lötanbringungsfläche verringern und möglicherweise die mechanische Bindungsfestigkeit von Komponenten auf der Leiterplatte verringern – beispielsweise bricht eine BGA-Kugel während des Aufprall-Falltests.

• Probleme mit Underfill-Kleber: Viele Unternehmen verwenden Underfill-Kleber, um die Festigkeit ihrer BGA-Verklebung zu erhöhen. Der Underfill-Prozess erhöht die Herstellungskosten und verschwendet Material und Arbeit. Die Unterfüllung erschwert die Reparatur, da der Kleber unter dem BGA fixiert ist.

Auswahl zwischen SMD- und NSMD-Pads

Die Wahl zwischen SMD- und NSMD-Pads für BGA-Gehäuse im PCB-Design erfordert die Bewertung mehrerer Faktoren, um spezifische Designanforderungen zu erfüllen, die Leistung zu verbessern und die Zuverlässigkeit sicherzustellen. Hier ist ein gezielter Leitfaden, der Ihnen bei dieser Entscheidung helfen soll:

Flexboards und Kleingeräte

Für Flexboards, die zum Biegen und Biegen neigen, und kleine Geräte (kleiner als 0402), ist die Verwendung von SMD-Pad-Designs (Solder Mask Defined) von Vorteil. Die Lötmaske hilft dabei, die Pad-Grenzen zu definieren und verleiht den Lötverbindungen zusätzliche mechanische Festigkeit, was für die Haltbarkeit von Flexplatinen und die Zuverlässigkeit von Verbindungen bei kleinen Bauteilen von entscheidender Bedeutung ist.

Größere Komponenten

NSMD-Pads (Non-Solder Mask Defined) werden aufgrund ihres einfacheren Designs und der größeren zum Löten freiliegenden Kupferfläche für größere Komponenten bevorzugt. Diese größere Fläche kann die elektrische Verbindung und Wärmeableitung verbessern, was wichtige Faktoren für die Leistung größerer Komponenten sind.

BGAs (Ball Grid Arrays)

Ein gemischter Ansatz kann bei BGA-Designs effektiv sein. Funktionsstifte, die robuste elektrische Verbindungen erfordern und möglicherweise von der zusätzlichen mechanischen Festigkeit profitieren, können SMD-Designs verwenden. Feste Stifte, die möglicherweise nicht das gleiche Maß an elektrischer Leistung erfordern und von einfacherem Löten und besserer Wärmeableitung profitieren, können NSMD-Designs verwenden. Diese gemischte Strategie nutzt die Stärken beider Pad-Typen, um die Leistung und Zuverlässigkeit der BGA-Komponenten in der Schaltung zu optimieren.

Fazit

Das Verständnis der Unterschiede zwischen SMD- und NSMD-Pads ist für das BGA-Design von entscheidender Bedeutung und wirkt sich auf Zuverlässigkeit und Leistung aus. Die Wahl des richtigen Pad-Typs gewährleistet eine optimale PCB-Funktionalität. Für fachkundige Unterstützung beim PCB-Design kontaktieren Sie VictoryPCB über sales@victorypcb.com, wir helfen Ihnen gerne weiter.