電子 OEM 市場的絕大部分正迅速朝著產品小型化以及更高水平的功能集成方向發展。

的例子是新一代的智能手機和移動/無線設備。而無論業界是否準備好，0.3 毫米 （mm） 超細間距微型 CSP（芯片級封裝）、微型 BGA（球柵陣列）和其他有源器件正在迅速被引入，引領新一代的設計更薄、更快、更時尚的便攜式手持電子產品和通信設備。

因此，印刷電路板 （PCB） 組裝——無論是否受益于經過驗證的 0.3 毫米間距技術訣竅——處于這個圖騰柱的頂端，而負擔則落在合同制造商 （CM） 和電子制造服務 （EMS） 供應商身上解決相關問題。

或者，你可以這樣想。許多幼稚的電子裝配廠和原始設備制造商無意中使用了上一代布局規則，卻對后果保持無辜。

挑戰

讓我們首先說明，目前還沒有專門為支持 0.3 毫米間距 CSP 而定制的正式設計指南或布局規則。電子行業還沒有提出執行 0.3 毫米間距設計和布局項目的非常重要的規范和知識。

因此，如今許多 PCB 設計和布局工程師在很大程度上依賴傳統的 0.5 毫米間距IPC 設計指南和布局規則來開發新的基于 0.3 毫米間距器件的設計。

例如，舊的設計指南允許 PCB 設計和布局工程師設計一個直徑比 BGA/CSP 焊球直徑小 20% 的焊球焊盤。 下面的圖 1 顯示了一個焊球焊盤，其直徑比 CSP/BGA 焊球的直徑小 20%（A = B = 80% x 焊球直徑）。

圖 1. 直徑比 CSP/BGA 焊球直徑小 20% 的焊球焊盤（A = B = 80% x 焊球直徑）。（：安捷倫應用筆記）

如下圖 2a 至 2c所示，CSP/BGA 焊球直徑減少 20% 的焊球焊盤允許 PCB 設計人員設計狗骨式布局，NSMD 非阻焊層定義（ NSMD） 具有非阻焊層的焊盤覆蓋銅和阻焊層之間的間隙，并設計具有低精度阻焊層定義的焊盤尺寸和低精度焊盤中心位置的阻焊層定義 （SMD） 焊盤。
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圖 2a – CSP/BGA 焊盤的狗骨式布局。（：Actel Corporation 應用說明）

圖 2b – NSMD CSP/BGA 焊盤和 SMD CSP/BGA 焊盤的側視圖（：Altera 公司應用說明）。

圖 2c – NSMD CSP/BGA 焊點和 NSMD CSP/BGA 焊點的側視圖（：Altera Corporation 應用說明）

現在，考慮 0.3 毫米間距微型 CSP 組件的焊球尺寸非常小——不到 820 萬。按照 0.5 毫米間距設計指南中的規定減少 20% 后，CSP 焊盤尺寸明顯更小。

很明顯，這個階段會產生無數的焊接缺陷，導致終良率相當低。PCB 設計人員在遵循 0.5 毫米間距設計指南時使用阻焊層定義的焊盤。

阻焊層孔徑和非常小的間距 1180 萬（0.3 毫米）存在 +/- 3 密耳公差，如下圖 3 所示。 因此，非常小的阻焊層（小于 4 – 5 百萬）無法牢固地連接并存在于兩個焊盤之間。

圖 3 – 雙層 CSP 示例的底視圖和橫截面。0.3 mm 間距表示焊球中心與下一個焊球中心之間的距離為 11.8 mil。（：Actel Corporation 應用說明）

一個焊盤中心與下一個焊盤中心之間的距離為 11.8 密耳。這是 40% 的間距減少。這里損失了 7.1 密耳以適應掩模公差和間隙以牢固地固定掩模層以防止焊料橋接缺陷。傳統的設計指南要求兩個相鄰焊盤之間的阻焊層間隙至少為 6 密耳，以實現焊點質量和可靠性。

現在，當談到新的 0.3 毫米超細間距技術時，PCB 設計工程師無法為 6 密耳阻焊層間隙找到足夠的空間。狗骨式焊盤布局沒有空間；并且在銅和阻焊層之間沒有非阻焊層覆蓋間隙的空間。

對于 SMD 焊盤布局，允許焊膏位于 SMD 掩模層上方，對于 NSMD 布局，允許焊膏位于非掩模區域上方，風險太大。SMD land pad 和 NSMD land pad 都有很高的焊錫橋接、焊錫飛濺、焊錫不足和焊錫開路等缺陷傾向。基本上，DFM 要求與 0.3 毫米間距半導體制造商規范中的布局要求相沖突。

目前的 PCB 制造限制給 0.3 毫米間距技術帶來了很多問題。例如，有 +/- 3 密耳掩膜層孔徑公差和 +/- 1 密耳銅墊公差。標準掩模技術無法在非常小的區域內（小于 4 – 5 百萬）安全地應用掩模層。

阻焊層附件至少需要 6 密耳。+/- 3 密耳的掩模層孔徑誤差將導致貼片機 （P&P）（即使具有機器視覺對準能力）錯過晶圓廠球墊。CSP 的工廠球墊對于 P&P 機器來說太小（每減少 20% 規則 4-600 萬）。由于標準制造技術的限制，終的焊點將具有開焊和焊料不足的缺陷。

0.3 毫米間距組裝工藝還存在許多與模板限制相關的問題，這大大降低了終組裝成品率。一是由于模板孔徑和掩模/焊盤公差小，模板上的焊膏釋放效果不佳。

由于掩模層放置錯誤，掩模層頂部有一些粘貼，因為 Gerber 定義的模板孔位置（非常準確）不是掩模定義的焊盤位置（通常為 +/- 3距 Gerber 定義的 XY 位置 10 萬英里）。

由于極其緊密的 0.3 毫米間距，焊膏很容易在焊球接頭之間形成焊橋缺陷。兩個接頭之間的距離減少了 40%（與 0.5 毫米間距技術相比，0.3 毫米間距比 0.5 毫米小 0.2 毫米。

這意味著 0.3 / 0.5 = 60%）。此外，兩個接頭之間缺少或未固定的阻焊層會使情況變得更糟，這是焊料橋接的另一個根本原因。

實際上，使用 0.3 毫米間距器件時 PCB 設計布局中的一系列問題會在制造和組裝階段觸發多米諾骨牌效應。其中包括與模板、焊膏和拾放相關的極有可能的陷阱。

目前大多數貼片機只能處理 0.4 毫米間距的元件，不能處理 0.3 毫米間距的微型 CSP，因此會產生諸如焊點焊料不足和焊料橋接等回流焊問題。今天，沒有有效的措施來防止錯誤放置在具有 +/- 3 密爾誤差的焊盤上。