BGA封裝的頂級PCB布局建議

2021-04-03

BGA封裝的頂級PCB布局建議

BGA封裝的3D布局及其下的內部走線(xiàn)布線(xiàn)。

隨著(zhù)電子設備功能的不斷增長(cháng)，它們的尺寸也在同時(shí)縮小。為這些較小的設備提供必要的功能需要組件封裝技術(shù)的最新發(fā)展。自從1980年代末推出以來(lái)，滿(mǎn)足這一需求的最受歡迎的組件包之一就是球柵陣列（BGA）。

在推出之后不久，BGA封裝就成為包裝技術(shù)的下一步頭條新聞。他們提供了比通孔PGA和表面貼裝QFP更高的互連密度，且成本可比，而沒(méi)有與那些封裝相關(guān)的制造問(wèn)題。 

從那時(shí)起，它們的受歡迎程度持續上升，并且已經(jīng)成為高引腳數集成電路（例如微處理器和存儲設備）的默認封裝。讓我們更深入地研究一下，并討論一些BGA封裝的PCB布局建議。

更詳細地了解球柵陣列組件

球柵陣列封裝容納了復雜集成電路的管芯，而沒(méi)有通孔或表面安裝部件所共有的引腳或引線(xiàn)。取而代之的是，它們的針墊均勻分布在包裝的底部。這些焊盤(pán)中的每個(gè)焊盤(pán)都有一個(gè)微小的焊球，該焊球被粘性助焊劑粘在其上，在PCB組裝的回流焊過(guò)程中，該焊球會(huì )熔化并形成牢固的接頭。 

BGA引腳焊盤(pán)根據設備引腳的尺寸和數量而定，間距為1.5mm至0.5mm。焊球本身的直徑范圍為0.75mm至0.3mm。

隨著(zhù)復雜IC引腳數量的增加，在BGA之前使用的標準表面貼裝封裝就不再那么理想了。這些傳統封裝的引腳在外圍，因此必須增加尺寸以支持更多數量的引腳，這會(huì )占用電路板上的大量空間。而且，隨著(zhù)包裝尺寸的增加，他們開(kāi)始遇到電氣和可制造性的問(wèn)題。但是，隨著(zhù)改用BGA封裝，解決了許多這些問(wèn)題。解決了一些具體問(wèn)題：

尺寸：BGA的引腳在組件下方均勻分布，而不是依賴(lài)組件引線(xiàn)的周邊。與傳統的雙列直插式包裝或四方扁平包裝的零件相比，這使得相同數量的插針的包裝尺寸更小。

性能：由于引腳分布在BGA的底部，因此將管芯連接到引腳的內部導線(xiàn)比DIP或QFP封裝中的導線(xiàn)短得多。這些較短的連接減小了它們的電感和電阻，從而使該器件具有更好的性能。

熱阻：BGA中從管芯到引腳的較短導線(xiàn)也降低了熱阻。這樣可使零件產(chǎn)生的熱量更均勻地散發(fā)到電路板上，從而有助于冷卻零件。

制造：在沒(méi)有通孔銷(xiāo)或表面安裝引線(xiàn)彎曲的情況下，BGA的處理問(wèn)題比其他封裝要少得多。BGA的焊球在回流焊過(guò)程中也能自動(dòng)定心，這有助于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。

可靠性：BGA封裝解決了制造高引腳數DIP和QFP器件的可靠性問(wèn)題。這些封裝具有最小的引腳寬度和間距，可以在組裝過(guò)程中輕松地在引腳之間形成焊橋。

但是，使用BGA封裝確實(shí)會(huì )帶來(lái)一些困難。例如，將BGA安裝在電路板上后，如果沒(méi)有X射線(xiàn)設備或其他先進(jìn)的掃描工具，幾乎不可能目視檢查焊點(diǎn)。但是，可以克服這些問(wèn)題，并且使用BGA封裝的好處遠遠超過(guò)了它們的缺點(diǎn)。 

接下來(lái)，我們將考慮在PCB布局期間放置BGA封裝時(shí)要牢記的一些注意事項。

一個(gè)BGA封裝放置在電路板的頂部。

BGA封裝的元件放置PCB布局建議

您要使用的BGA部件越復雜，您就必須進(jìn)行更多的計劃才能成功地將每個(gè)引腳路由到與其關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )。高引腳數BGA的引腳間距為0.5mm時(shí)，將需要仔細計劃以設計其所有網(wǎng)絡(luò )的逃生布線(xiàn)圖案。在您布置走線(xiàn)之前，很久就需要在組件放置上進(jìn)行很多周密的考慮。

與往常一樣，首先從固定組件開(kāi)始進(jìn)行布局布局規劃，例如連接器，開(kāi)關(guān)和其他IO設備。您還需要牢記電路板的散熱注意事項，以確保熱運行的BGA具有保持涼爽所需的氣流。處理器和內存芯片必須離其板外連接器足夠近，這樣它們就不必在整個(gè)板上走很長(cháng)的走線(xiàn)。同時(shí)，您必須為信號路徑的所有部分提供足夠的空間，以使它們整齊地放置，而其走線(xiàn)也不必走得太遠才能到達它們。

在開(kāi)始放置時(shí)，請記住為您的BGA零件留出足夠的空間，以便其圍繞它們的所有布線(xiàn)。這些部件應具有許多與之相關(guān)的旁路電容器，并且需要將它們直接放置在所連接引腳的旁邊。接下來(lái)，作為信號路徑一部分的組件需要順序放置在信號的源和負載之間。這可能需要更改展示位置的大部分以適合這些部分，因此請做好互動(dòng)工作的準備，以最終確定展示位置。 

要記住的另一件事是，除了良好的信號完整性外，您還需要進(jìn)行設計以實(shí)現良好的電源完整性。這意味著(zhù)將不同的電源放置在它們所提供的區域附近，而不會(huì )使它們的電路與BGA的敏感數字電路混在一起。

通過(guò)最優(yōu)化的方式安排零件放置，是時(shí)候開(kāi)始對BGA的網(wǎng)進(jìn)行布線(xiàn)了。

選擇要在PCB設計CAD工具中使用的過(guò)孔，以在BGA封裝內和周?chē)季€(xiàn)。

連接BGA封裝的跟蹤路由提示

首先要做的是規劃從細間距表面安裝組件（例如BGA部件）進(jìn)行的逃生布線(xiàn)或“扇出”。轉義路由不僅僅是畫(huà)一條短線(xiàn)并放一個(gè)過(guò)孔；它必須與組件放置，層堆疊，信號完整性需求和布線(xiàn)密度一起計劃。對于高引腳數的細間距BGA，可能需要附加的板層或高密度互連（HDI）布線(xiàn)策略。但是，在執行此操作之前，始終最好先與PCB制造商聯(lián)系，以確認價(jià)格及其制造HDI板的能力。

在將逸出走線(xiàn)和過(guò)孔從BGA布線(xiàn)出來(lái)時(shí)，首先要從外排開(kāi)始。使用對角線(xiàn)布線(xiàn)，這些跡線(xiàn)將是最簡(jiǎn)單的鋪設方法。從那里開(kāi)始，您可以通過(guò)排成排的針腳開(kāi)始工作。對于引腳間距較大的BGA，可以使用較短的走線(xiàn)段以所謂的“狗骨頭圖案”連接到焊盤(pán)旁邊的通孔。 

較大的引腳間距BGA也將允許您在焊盤(pán)之間進(jìn)行布線(xiàn)。對于較小的間距，可能需要在焊盤(pán)上使用通孔，盡管這會(huì )增加板的制造成本。同樣，請先與您的制造商聯(lián)系，以確認他們將能夠為您構建哪種級別的PCB技術(shù)以及以何種價(jià)格制造。這是您將要使用的過(guò)孔：

通孔：這是電路板上最常用的通孔。它們是用機械鉆創(chuàng )建的，一直貫穿板子，但尺寸限制最小。對于標準寬度的電路板，最小鉆孔尺寸通常不小于6密耳。

盲孔和掩埋孔：這些過(guò)孔也可以通過(guò)機械鉆來(lái)創(chuàng )建，但是將僅部分穿透板子，或者在板子的內部層開(kāi)始和停止。盲孔可以嵌入BGA焊盤(pán)中，盲孔和埋孔都需要在PCB制造過(guò)程中將板的層對層壓在一起之前對其進(jìn)行鉆孔。這些額外的步驟使盲孔和掩埋通孔的制造成本更高，但是在致密板上，增加成本可能是必要的選擇。

微型：這些通孔是用激光創(chuàng )建的，比機械鉆孔的孔要小，但由于尺寸較小，它們通常僅跨越兩層?？梢詫⑽⒖锥询B在一起或并排交錯以獲得所需的結果。盡管它們的確比機械鉆孔的價(jià)格高，但它們無(wú)縫地嵌入BGA焊盤(pán)的能力使其非常適用于細間距零件的扇出。

當您將逸出圖案從BGA器件中布線(xiàn)出來(lái)時(shí)，請記住，引腳數較高的部件將需要附加的電路板層。從引腳布線(xiàn)所需的所有過(guò)孔都將占用走線(xiàn)所需的布線(xiàn)通道。您可能會(huì )發(fā)現自己必須為BGA上的每?jì)尚幸_添加另一個(gè)板層。 

您可以自己做的一件事是咨詢(xún)許多零件制造商將在其組件數據表中包括的推薦布線(xiàn)模式。您還應該在PCB設計工具中設置設計規則和約束條件，以控制BGA布線(xiàn)的走線(xiàn)寬度和間距的大小。接下來(lái)，我們來(lái)看一下。