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ザイリンクス フリップチップ BGA パッケージの実 ... パッケージ構造 XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日 2 japan. ザイリンクスのフリップチップ

Mar 15, 2020

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  • XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日  1 japan.xilinx.com

    この資料は表記のバージ ョ ンの英語版を翻訳したもので、 内容に相違が生じる場合には原文を優先します。 資料によっては英語版の更新に対応していないものがあります。 日本語版は参考用としてご使用の上、 最新情報につきましては、 必ず最新英語版をご参照ください。

    概要

    ザイ リ ンクス フ リ ップチップ BGA パッケージは、 ザイ リ ンクスの高性能 FPGA デバイスに対応したパッケージです。 ダ イを基板の上に上向きに取り付け、 ワイヤを使用して接続する従来のワイヤボンド パッケージとは異なり、 フ リ ップ チップ BGA のはんだバンプ付きダイを裏返して下向きに取り付けて、 導電性のあるバンプをラ ミネート基板上の対応す る金属パッ ドに直接接続しています。

    このアプリ ケーシ ョ ン ノートでは、 ボードのデザイン ルール、 ボード アセンブリ パラ メーター、 リ ワーク工程、 および 熱管理に関するガイ ド ラインを説明します。 このアプリ ケーシ ョ ンノートで言及する リ フローおよびリ ワークのガイ ド ラ インは、 共晶パッケージにのみ適用されます。 鉛フ リー パッケージのリ フローおよびリ ワークの詳細は、 『鉛フ リー パッ ケージのインプリ メンテーシ ョ ンおよびはんだリ フロー』 (XAPP427) [参照 1] を参照してください。

    はじめに

    ザイ リ ンクスのフ リ ップチップ パッケージは高密度の多層有機ラ ミネート基板上に構成されます。 これらのパッケージ は主に高性能な製品に使用されるため、 ユーザーは高コス トの原因となる差し替えを避けるために、 フ リ ップチップ BGA パッケージの実装方法について十分理解するこ とが重要です。

    パッケージ構造

    図 1、 図 2、 図 3、 および 図 4 に、 パッケージ構造の断面図 (ダイの中心を通る ) を示します。 フ リ ップチップ BGA パッケージのアセンブ リには、 2 種類の リ ッ ド (Forged リ ッ ド (図 1)、 Stamped リ ッ ド (図 2)) が使用されます。 ベアダ イ パッケージ (図 3) と ステ ィ フナー リ ング付き リ ッ ド レス パッケージ (図 4) とい う 、 リ ッ ドのないパッケージも 2 種 類あ り ます。

    アプリケーシ ョ ン ノート :パッケージ

    XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日

    ザイリンクス フリ ップチップ BGA  パッケージの実装 著者: Amjad Esfahani

    X-Ref Target - Figure 1

    図 1: Forged リ ッ ド付きパッケージ

    X426_01_120617

    Adhesive

    Underfill

    Thermal AdhesiveDieChip Cap

    Substrate

    Solder Ball

    Lid

    https://japan.xilinx.com https://japan.xilinx.com/about/feedback.html?docType=Application_Notes&docId=XAPP426&Title=%26%2312470%3B%26%2312452%3B%26%2312522%3B%26%2312531%3B%26%2312463%3B%26%2312473%3B%20%26%2312501%3B%26%2312522%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%26%2312481%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%20BGA%20%26%2312497%3B%26%2312483%3B%26%2312465%3B%26%2312540%3B%26%2312472%3B%26%2312398%3B%26%2323455%3B%26%2335013%3B%20&releaseVersion=1.4&docPage=1

  • パッケージ構造

    XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日  2 japan.xilinx.com

    ザイ リ ンクスのフ リ ップチップ パッケージは密閉されておらず、 パッケージ基板と リ ッ ドの間に開口部があ り ます (図 5)。 開口部とは、 パッケージ基板内のエポキシ接着剤が注入されていない部分です。 これによ り、 リ ッ ド とパッ ケージ基板の間に小さな隙間ができます。 これらの開口部は、 ガス抜きや水分蒸発を可能にするよ う 、 ヒー ト スプ レッダー ( リ ッ ド ) とパッケージ基板を設計する こ とで確保されます。

    X-Ref Target - Figure 2

    図 2: Stamped リ ッ ド付きパッケージ

    X-Ref Target - Figure 3

    図 3:ベアダイ  パッケージ

    X-Ref Target - Figure 4

    図 4: リ ッ ドレス パッケージ

    X426_02_120717

    Thermal AdhesiveDieChip CapLid

    Substrate Solder Ball Underfill

    Adhesive

    X426_03_120617

    DieChip Cap

    Substrate Solder Ball Underfill

    X426_04_120617

    DieChip Cap

    Substrate Solder Ball Underfill

    Stiffener Ring

    Adhesive

    https://japan.xilinx.com https://japan.xilinx.com/about/feedback.html?docType=Application_Notes&docId=XAPP426&Title=%26%2312470%3B%26%2312452%3B%26%2312522%3B%26%2312531%3B%26%2312463%3B%26%2312473%3B%20%26%2312501%3B%26%2312522%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%26%2312481%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%20BGA%20%26%2312497%3B%26%2312483%3B%26%2312465%3B%26%2312540%3B%26%2312472%3B%26%2312398%3B%26%2323455%3B%26%2335013%3B%20&releaseVersion=1.4&docPage=2

  • 推奨する  PCB 信頼性ガイド ライン

    XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日  3 japan.xilinx.com

    推奨する  PCB 信頼性ガイド ライン ザイ リ ンクスのフ リ ップチップ パッケージは密閉されていないため、 ボード アセンブリでの過剰な洗浄溶剤/化学薬品の 使用やそれらの除去不足、 あるいは過剰な水分が要因となってパッケージの信頼性に重大な問題が生じる可能性があ り ま す。 ガス抜き と水分蒸発を可能にするために、 小さな開口部がヒート スプレッダー ( リ ッ ド ) とパッケージ基板との間の 設計によって確保されています。 溶剤やその他の腐食性薬品が、 これらの開口部から浸透してパッケージ内の有機物やコ ンポーネン ト を腐食する可能性があるため、ザイ リ ンクス フ リ ップチップ BGA パッケージのボード アセンブリではこれ らを使用しないでください。

    推奨する  PCB デザイン  ルール ザイ リ ンクスでは、 パッケージ側のランド パッ ド径に関するデータを提供しています。 ボード レイアウ ト を設計するに あたって、 ボード パッ ドをコンポーネン ト側のランドの形状と一致するよ う設計するために、 このデータが必要になり ます。 図 6 に、 これらのランド パッ ドの各部の直径を示し、 表 1 に 0.5、 0.8、 1.0、 および 1.27mm ピッチのパッケージに おけるそれらの標準値を示します。 ザイ リ ンクス BGA パッケージでは、 ボードに NSMD (非はんだマスク定義) パッ ドを 使用するこ とを推奨します。 これによって、図 6 に示すよ うに、 ランド金属 (直径 L) とはんだマスクの開口部 (直径 M) の 間に隙間ができます。 図 7 に NSMD PCB パッ ドのはんだ接合部を示します。 ボード レベルの信頼性を向上させるため、 ボード ランド パッ ドの直径とパッケージのはんだマスク定義 (SMD) の比率が 1:1 になるよ うにするこ とを推奨します。 NSMD パッ ド とはんだマスクの間隔、 および実際の信号ト レース幅は、 PCB ベンダーによって異なり ます。 ライン幅お よび間隔が狭くなる と、 PCB のコス トが高くな り ます。

    X-Ref Target - Figure 5

    図 5:開口部とチップ キャパシタの例 (パッケージによって異なる)

    Lid Attach Epoxy

    Chipcaps

    Vent Hole

    Si Device

    Underfill Epoxy

    Package Substrate

    X426_05_120617

    https://japan.xilinx.com https://japan.xilinx.com/about/feedback.html?docType=Application_Notes&docId=XAPP426&Title=%26%2312470%3B%26%2312452%3B%26%2312522%3B%26%2312531%3B%26%2312463%3B%26%2312473%3B%20%26%2312501%3B%26%2312522%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%26%2312481%3B%26%2312483%3B%26%2312503%3B%20BGA%20%26%2312497%3B%26%2312483%3B%26%2312465%3B%26%2312540%3B%26%2312472%3B%26%2312398%3B%26%2323455%3B%26%2335013%3B%20&releaseVersion=1.4&docPage=3

  • 推奨する  PCB デザイン ルール

    XAPP426 (v1.4) 2018 年 1 月 11 日  4 japan.xilinx.com

    X-Ref Target - Figure 6

    図 6: BGA パッケージ用の推奨されるはんだパッ ド  レイアウト

    X-Ref Target - Figure 7

    図 7: NSMD PCB パッ ドのはんだ接合部の例

    Solder Mask

    e

    Opening in Solder Mask (M)

    M L

    Solder Land (L)

    X426_06_120617

    Land Pad

    SMD

    M

    BGA Package

    BGA Solder Ball

    Solder Mask

    PCB

    X426_07_120617

    L

    表 1: BGA パッケージのデザイン ルール

    デザイン  ルール 0.5mm ピッチ 0.8mm ピッチ 1.0mm ピッチ 1.0mm ピッチ (FG パッケージ) 1.0mm ピッチ  (FT パッケージ) 1.27mm ピッチ

    寸法 (単位: mm) (ミル)

    パッケージのランド パッ ド 開口部 (SMD)

    0.275mm (10.8 ミル)

    0.40mm (15.7 ミル)

    0.53mm (20.9 ミル)

    0.50mm (19.7 ミル)

    0.40mm (15.7 ミル)

    0.61mm (24.0 ミル)

    PCB はんだランド (L) の 最大直径

    0.275mm (10.8 ミル)

    0.40mm (15.7 ミル)

    0.53mm (20.9 ミ

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