电子零件掉落或BGA锡裂一定是SMT制程问题迷思(5)？增加焊锡的接触面积以增加焊锡强度

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前一篇文章我们谈到了《如何增加PCA结合力的方法》之《PCB表面处理改用「铜」基地》。今天我们来谈谈BGA封装的【SMD(Solder Mask Defined)】与【NSMD(Non Solder Mask Defined)】焊垫设计对于焊锡能力有什么影响？这两种焊垫又对PCA的结合力有何影响？

二、加大零件脚焊锡的面积

请注意：这里指的是加大零件脚焊锡的面积，而不是增加焊锡量。

阅读这篇文章前，建议您请先参考188金宝搏苹果下载 之前写的这篇【电子零件焊接强度的观念澄清】文章。

188金宝搏苹果下载 必须再强调一次：「焊接强度基本上与焊接的面积成正比」，在不考虑更换锡膏配方及电路板表面处理的前提下，想增强零件焊接强度的要点有二：

1、增加零件脚焊锡的接触面积。不是体积喔！

如果仅在BGA的焊球处加入更多的焊锡量，基本上是不会增加其焊锡强度的，因为其焊锡面积不变。对于有引脚（如QFP）或有侧面焊点（如电容）的SMD零件，增加焊锡量或许可以增加其焊锡强度，因为这些SMD零件的引脚有侧边焊点有机会可以吃锡，如果锡量增加后可以让焊锡在焊脚侧边形成完好的弧度(curve)，相对的就可以有效增加焊锡强度，就像是树木或电线桿怕颱风颳倒在侧面加支柱类似，机构设计时在转弯处加R角也是一样的道理，而弧形的焊锡则可以更有效分散应力。

所以，如果增加焊锡量可以让焊锡爬上焊脚的侧边，甚至让侧边焊锡爬得更高至完全覆包覆住焊脚，那么其强度一定会大大的增加，这比只有焊接在焊脚底部要好太多了，因为你增加了焊锡面积，而且其焊锡结构也被加强了。

可惜大部分SMD零件的引脚侧壁不是因为成本考量而没有做电镀处理直接裸铜，造成容易氧化吃不上锡，要不然就是电镀处理了，但是脚间距却太小，造成PCB焊垫的设计怕短路无法扩大，以至于焊锡无法完全爬上其侧边并形成完美的弧型。

既然焊脚的侧壁爬锡可以增加焊锡面积与焊锡强度，所以很多人就在接地脚(GND)的地方做文章，比如说在板对板连接器(B2B connector)两端的接地片增加圆孔或半圆孔形状，或是将其设计成"U"字型都有机会可以增加其焊锡强度。

既然谈到了加大焊锡面积有助增强焊锡强度，就不得不稍微提一下BGA封装在PCB端的SMD/NSMD焊垫设计对焊锡影响之优劣。

请注意不要将这里的【SMD (Solder Mask Defined)焊垫】与【SMD (Surface Mount Device)零件】搞混了喔！

假设SMD与NSMD焊垫设计裸露出来的面积是一样的，那么NSMD焊垫的焊接能力应该会比SMD焊垫来得优，之前说过了，这是因为NSMD焊垫在焊锡时会连焊垫的侧壁一起吃到锡，而SMD焊垫则没有侧壁。（NSMD又称为铜箔定义焊垫「Copper Defined pad」）

但可别因为这样就急着将所有的BGA焊垫都改成NSMD焊垫设计喔！有一好就没二好啊！这个世界是公平的，既使你看到的SMD及NSMD所祼露出来的焊垫表面似乎有着一样的大小，但SMD焊垫的实际尺寸其实比NSMD要来得大上许多喔！（视Layout佈线的设计而定），因为SMD的焊垫其实有一大部分只是被绿漆(Solder-Mask)给覆盖住，不仔细看容易被欺骗而已，就因为NSMD的焊垫尺寸比较小，几乎只比BGA的锡球大一点点而已，所以SMD可以承受拉拔的能力会比较差，一旦发生BGA锡球破裂时，经常可见NSMD的焊垫是连着锡球一块儿被拔起的。

就如188金宝搏苹果下载 之前说过的，应力会自己寻找结合力最脆弱的地方来宣洩，当焊垫从NSMD改成SMD后，焊锡力也跟着增强之后，焊锡IMC层抵抗应力的能力大过了PCB铜箔附着于基材上的结合力时（SMD焊垫尺寸变小了），破裂的地方就转变成了焊垫与FR4基材之间了。所以188金宝搏苹果下载 还是认为，如果想彻底解决BGA破裂的问题，应该还是要朝减少应力作用来进行，才有机会得到最好的改善。

所以，结论是NSMD焊垫的吃锡性较SMD焊垫优，而SMD焊垫的焊垫结合力则比NSMD焊垫来得好。

SMD: Solder-Mask-Defined pads（防焊定义焊垫）

NSMD: Non-Solder-Mask-Defined pads（非防焊定义焊垫），又称为Copper Defined pads（铜箔定义焊垫）

建议延伸阅读：如何设计加强产品的BGA焊垫强度以防止BGA开裂（SolderMask Defined, SMD）

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2.使用通孔焊脚来取代表面贴焊

其实，电子零件採用表面贴焊(Surface mount)的焊锡强度再怎么改善，其抵抗应力的能力就是那样，想要再增加焊锡强度就只能利用结构设计，将受到的应力传导给其他的机构来承受，而最能立竿见影的就是直接将引脚做成直立的穿孔(Plating Hole)设计，这样就可以将引脚受到的应力再传导给PCB的孔壁来承受，相对的也可以增加焊锡的强度。较常见的作法是将零件的部份焊脚从表面贴焊制程改成通孔焊接，比如Micro-USB连接器的铁框焊脚，它基本上还是走SMT制程，只是部份焊脚採用PIH(Paste-In-Hole)制程，最新的Type-C也有连接器厂商出通孔及表面贴焊混合脚的零件。

另外，针对BGA封装零件，可以考虑将导通孔(vias)放置于PCB端的焊垫上，目的就是在焊垫打上铆钉以增强焊垫附着于FR4的强度，这就类似房子打地椿防震的道理类似，不过焊垫上的导通孔一定要电镀填孔，否则BGA的锡球可能会形成孔洞(Void/bubble)问题，严重的话甚至会造成枕头效应(head in pillow)的不良现象。

建议相关阅读：导通孔在垫(Vias-in-pad)的处理原则

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「电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思」系列文章列表：

• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(1)？锡裂只是应力大于结合力之必然结果
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(2)？PCA的结合力包含有哪些？
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(3)？IMC是良好焊锡结果的必要之恶
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(4)？PCB表面处理改用「铜」基地
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(6)？188金宝搏苹果下载 个人给BGA焊垫设计的建议
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(7)？铜箔焊垫与PCB板材间的结合力(bonding-force)
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(8)？增加PCB的刚性(stiffness)来抵抗应力避免板弯的影响
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(9)？增加零件对应力的抵抗能力
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(10)？透过机构设计降低应力对电路板变形之影响
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(11)？应力是造成BGA焊锡破裂的最大兇手
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(12)？制造工厂中可能出现较大应力的制程
• 电子零件掉落或锡裂一定是SMT制程问题迷思(13)？应力来源的最大挑战：使用环境

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延伸阅读：
滚筒测试(tumble test)的方法与失效解决对策
如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题?
电路板零件掉落，该如何着手分析、判断并釐清问题点

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