你知道什么是SMD(Solder-Mask Defined)与NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)焊垫/焊盘设计吗？SMD与NSMD的焊垫设计各有什么优缺点？BGA的焊垫应该设计成SMD或NSMD才能提升对抗应力的冲击而不会破裂呢？

 

新官上任三把火，公司内部中高层人事异动后，新人总喜欢出些新点子来彰显自己的存在价值，老美常见的戏码，也总喜欢推翻前人的决定，认为前人的决定都是狗屎。这次熊熊燃烧起来一把火是要求以后新产品PCB设计时「BGA的焊盘设计都应该采用NSMD来取代SMD」，他认为这样可以增强BGA抵抗应力的能力，有助通过产品验证的「摔落测试(drop test)」与「滚动测试(tumble test)」。

 

因为这位长官觉得在同样裸露出来的铜箔面积下，NSMD的吃锡面积比SMD焊垫设计来得多，NSMD焊垫设计的焊垫表面与侧面都可吃到锡，但是SMD焊垫设计则只有表面焊垫能吃到锡，所以NSMD要比SMD可以承受更大的应力冲击或板弯量。

 

理论上如果仅就「焊锡强度」来看，NSMD的焊垫设计的确比SMD的吃锡面积来得多而且强壮（基于露铜面积一样时），但是在实际应用上，将BGA焊垫设计成NSMD真的就比较耐摔吗？答案似乎不一定？

 

为了验证这个论点，我们曾经做过实验计划，将同样一块电路板的BGA焊垫分别设计成SMD与NSMD两批样品，然后拿去做整颗BGA-IC的拉拔力测试，结果其实与这位长官想的不太一样，但这并不能代表什么，因为不论是SMD或NSMD焊垫设计，其最终都无法通过DQ的「摔落测试(drop test)」或「滚动测试(tumble test)」。

 

总总迹象显示有时候NSMD表现比较好，有时候却又是SMD表现比较好。所以，在BGA焊垫设计上我们无法证明NSMD一定比SMD来得好。

 

这个结果只能告诉我们，如果不从设计根本解决冲击应力对PCB板弯与BGA失效所造成的影响，一心想靠着增加「焊锡强度」来解决BGA破裂的问题，结果应该会让人大失所望。

 

最后，来看一下【SMD与NSMD焊垫设计优缺点的比较表】吧！这个表格的观念在之前的文章中应该都有提到过了，这里将之整理成表格给大家可以更容易理解。这个比较表建立在SMD与NSMD焊垫上裸露出相同的铜箔表面积当基础做成的。

 

	SMD  (Solder-Mask-Defined)	NSMD  (Non-SMD)
优点	焊垫与FR4的结合力(Bonding force)较强。  因为其实际铜箔的面积较大。	吃锡面积较大、焊锡强度较佳。 因为焊锡可以同时吃在铜箔的正上方表面与侧边。  Layout时可以有比较多的空间 让线路从两个焊垫之间通过。
缺点	焊锡强度较差。  因为相对吃锡面积变小，而且绿漆会因为热胀冷缩影响焊锡与绿漆交界处的吃锡效果。  Layout时走线较困难。	焊垫与FR4的结合力较差。  因为其实际铜箔的面积较小。  助焊剂、锡珠较容易残留在未被绿漆覆盖住的区域。
锡球最可能断裂位置	锡球最可能断裂位置 发生在锡球与PCB焊垫之间  （一般在IMC层位置）	发生在焊垫与FR4之间  （一般焊垫会被剥离）

 

到目前为止，我们并没有任何确切的证据可以证明到底BGA焊垫应该设计成SMD或NSMD比较好以抵抗应力造成的锡球破裂问题，深圳宏力捷建议是从设计根本来解决应力问题。

 

另外，如果对PCB成本影响不大，深圳宏力捷强烈建议BGA的焊垫设计应该采用NSMD+via，只是导通孔(via)必须镀铜填孔，而且还要尽量加大焊垫的尺寸，因为实验数据说明有加导通孔的焊垫，其承受推力(shear)及拉力(pull)的能力都比没有加导通孔的焊垫强。

 

如果你对于「BGA锡球破裂与零件掉落」的解决方案有兴趣，不妨参考一下深圳宏力捷写的这一系列的文章分享：锡裂不一定是SMT制程问题，只是应力大于结合力的必然结果