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布線。

隨著電子設備功能的不斷增長，它們的尺寸也在同時縮小。為這些較小的設備提供必要的功能需要組件封裝技術的最新發展。自從1980年代末推出以來，滿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，而沒有與那些封裝相關的制造問題。 

從那時起，它們的受歡迎程度持續上升，并且已經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，而沒有通孔或表面安裝部件所共有的引腳或引線。取而代之的是，它們的針墊均勻分布在包裝的底部。這些焊盤中的每個焊盤都有一個微小的焊球，該焊球被粘性助焊劑粘在其上，在PCB組裝的回流焊過程中，該焊球會熔化并形成牢固的接頭。 

BGA引腳焊盤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，這會占用電路板上的大量空間。而且，隨著包裝尺寸的增加，他們開始遇到電氣和可制造性的問題。但是，隨著改用BGA封裝，解決了許多這些問題。解決了一些具體問題：

尺寸：BGA的引腳在組件下方均勻分布，而不是依賴組件引線的周邊。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比DIP或QFP封裝中的導線短得多。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也降低了熱阻。這樣可使零件產生的熱量更均勻地散發到電路板上，從而有助于冷卻零件。

制造：在沒有通孔銷或表面安裝引線彎曲的情況下，BGA的處理問題比其他封裝要少得多。BGA的焊球在回流焊過程中也能自動定心，這有助于簡化制造過程。

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

但是，使用BGA封裝確實會帶來一些困難。例如，將BGA安裝在電路板上后，如果沒有X射線設備或其他先進的掃描工具，幾乎不可能目視檢查焊點。但是，可以克服這些問題，并且使用BGA封裝的好處遠遠超過了它們的缺點。 

接下來，我們將考慮在PCB布局期間放置BGA封裝時要牢記的一些注意事項。

一個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，您就必須進行更多的計劃才能成功地將每個引腳路由到與其關聯的網絡。高引腳數BGA的引腳間距為0.5mm時，將需要仔細計劃以設計其所有網絡的逃生布線圖案。在您布置走線之前，很久就需要在組件放置上進行很多周密的考慮。

與往常一樣，首先從固定組件開始進行布局布局規劃，例如連接器，開關和其他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板上走很長的走線。同時，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，而其走線也不必走得太遠才能到達它們。

在開始放置時，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。這些部件應具有許多與之相關的旁路電容器，并且需要將它們直接放置在所連接引腳的旁邊。接下來，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，您還需要進行設計以實現良好的電源完整性。這意味著將不同的電源放置在它們所提供的區域附近，而不會使它們的電路與BGA的敏感數字電路混在一起。

通過最優化的方式安排零件放置，是時候開始對BGA的網進行布線了。

選擇要在PCB設計CAD工具中使用的過孔，以在BGA封裝內和周圍布線。

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）進行的逃生布線或“扇出”。轉義路由不僅僅是畫一條短線并放一個過孔；它必須與組件放置，層堆疊，信號完整性需求和布線密度一起計劃。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）布線策略。但是，在執行此操作之前，始終最好先與PCB制造商聯系，以確認價格及其制造HDI板的能力。

在將逸出走線和過孔從BGA布線出來時，首先要從外排開始。使用對角線布線，這些跡線將是最簡單的鋪設方法。從那里開始，您可以通過排成排的針腳開始工作。對于引腳間距較大的BGA，可以使用較短的走線段以所謂的“狗骨頭圖案”連接到焊盤旁邊的通孔。 

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

通孔：這是電路板上最常用的通孔。它們是用機械鉆創建的，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：這些過孔也可以通過機械鉆來創建，但是將僅部分穿透板子，或者在板子的內部層開始和停止。盲孔可以嵌入BGA焊盤中，盲孔和埋孔都需要在PCB制造過程中將板的層對層壓在一起之前對其進行鉆孔。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格高，但它們無縫地嵌入BGA焊盤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器件中布線出來時，請記住，引腳數較高的部件將需要附加的電路板層。從引腳布線所需的所有過孔都將占用走線所需的布線通道。您可能會發現自己必須為BGA上的每兩行引腳添加另一個板層。 

您可以自己做的一件事是咨詢許多零件制造商將在其組件數據表中包括的推薦布線模式。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布線的走線寬度和間距的大小。接下來，我們來看一下。