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

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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

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パッケージ構造

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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

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推奨する  PCB 信頼性ガイド ライン

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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

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推奨する  PCB デザイン ルール

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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