解析PCB设计中的关键因素

　　芯片与基板之间温度膨胀系数 （CTE） 的不同。硅的 CTE 为 2.4 ppm ；典型的 PCB 材料的 CTE 为 16 ppm 。陶瓷材料可以按匹配的 CTE 来设计，但 95% 的矾土陶瓷的 CTE 为 6.3 ppm 。充胶在基于 PCB 的包装上需要较大，虽然在陶瓷基板上也显示充胶后的可靠性增加。一个替代方法是使用插入结构的基板，如高 CTE 的陶瓷或柔性材料，作为芯片与主基板之间的吸振材料，它可减轻 PCB 与硅芯片之间的 CTE 差别。 芯片 （die） 尺寸。通常，芯片面积越大，应力诱发的问题越多。例如，一项研究表明，当芯片尺寸由 6.4 增加到 9.5mm 时，连接所能忍受的从 -40 ~ 125°C 的温度周期的数量由 1500 次减少到 900 次 2 。

　　锡球尺寸与布局在充胶评估上扮演重要角色，因为较大的球尺寸，如那些 CSP 通常采用的 300µ 的直径，更牢固、可比那些倒装芯片 （flip chip） 所采用的 75µ 直径更好地经受应力。假设 CSP 与倒装芯片的一个两元焊接点的相对剪切应力是相似的，那么 CSP 焊接点所经受的应力大约为倒装芯片的四分之一。因此， CSP 的设计者认为焊锡球结构本身可以经得起基板与芯片温度膨胀所产生的机械应力。后来的研究 2 显示充胶 （underfill） 为 CSP 提供很高的可靠性优势，特别在携带型应用中。在布局问题上，一些设计者发现，增加芯片角上焊盘的尺寸可增加应力阻抗，但这个作法并不总是实用或不足以达到可靠性目标。

　　系统 PCB 厚度。经验显示较厚的 PCB 刚性更好，比较薄的板抵抗更大的冲击造成的弯曲力。例如，一项分析证明，将 FR-4 基板的厚度从 0.6mm 增加到 1.6mm ，可将循环失效 （cycles-to-failure） 试验的次数从 600 次提高到 900 次 3 。不幸的是，对于今天超细组件 （ultra-small device） ，增加基板厚度总是不现实的。事实上，每增加一倍的基板厚度提高大约两倍的可靠性改善，但芯片尺寸增加一倍造成四倍的降级 4 。 使用环境。在最后分析中，最重要的因素通常要增加所希望的产品生命力。例如，对手携设备 （ 手机、扩机等 ） 的规格普遍认同的就是，在 -40 ~ 125°C 的温度循环 1000 次和从水泥地面高出一米掉落 20~30 次之后仍可使用正常功能。