BGA封装的顶级PCB布局建议

2021-04-03

BGA封装的顶级PCB布局建议

BGA封装的3D布局及其下的内部走線(xiàn)布線(xiàn)。

随着電(diàn)子设备功能(néng)的不断增長(cháng)，它们的尺寸也在同时缩小(xiǎo)。為(wèi)这些较小(xiǎo)的设备提供必要的功能(néng)需要组件封装技术的最新(xīn)发展。自从1980年代末推出以来，满足这一需求的最受欢迎的组件包之一就是球栅阵列（BGA）。

在推出之后不久，BGA封装就成為(wèi)包装技术的下一步头条新(xīn)闻。他(tā)们提供了比通孔PGA和表面贴装QFP更高的互连密度，且成本可(kě)比，而没有(yǒu)与那些封装相关的制造问题。 

从那时起，它们的受欢迎程度持续上升，并且已经成為(wèi)高引脚数集成電(diàn)路（例如微处理(lǐ)器和存储设备）的默认封装。让我们更深入地研究一下，并讨论一些BGA封装的PCB布局建议。

更详细地了解球栅阵列组件

球栅阵列封装容纳了复杂集成電(diàn)路的管芯，而没有(yǒu)通孔或表面安装部件所共有(yǒu)的引脚或引線(xiàn)。取而代之的是，它们的针垫均匀分(fēn)布在包装的底部。这些焊盘中的每个焊盘都有(yǒu)一个微小(xiǎo)的焊球，该焊球被粘性助焊剂粘在其上，在PCB组装的回流焊过程中，该焊球会熔化并形成牢固的接头。 

BGA引脚焊盘根据设备引脚的尺寸和数量而定，间距為(wèi)1.5mm至0.5mm。焊球本身的直径范围為(wèi)0.75mm至0.3mm。

随着复杂IC引脚数量的增加，在BGA之前使用(yòng)的标准表面贴装封装就不再那么理(lǐ)想了。这些传统封装的引脚在外围，因此必须增加尺寸以支持更多(duō)数量的引脚，这会占用(yòng)電(diàn)路板上的大量空间。而且，随着包装尺寸的增加，他(tā)们开始遇到電(diàn)气和可(kě)制造性的问题。但是，随着改用(yòng)BGA封装，解决了许多(duō)这些问题。解决了一些具體(tǐ)问题：

尺寸：BGA的引脚在组件下方均匀分(fēn)布，而不是依赖组件引線(xiàn)的周边。与传统的双列直插式包装或四方扁平包装的零件相比，这使得相同数量的插针的包装尺寸更小(xiǎo)。

性能(néng)：由于引脚分(fēn)布在BGA的底部，因此将管芯连接到引脚的内部导線(xiàn)比DIP或QFP封装中的导線(xiàn)短得多(duō)。这些较短的连接减小(xiǎo)了它们的電(diàn)感和電(diàn)阻，从而使该器件具有(yǒu)更好的性能(néng)。

热阻：BGA中从管芯到引脚的较短导線(xiàn)也降低了热阻。这样可(kě)使零件产生的热量更均匀地散发到電(diàn)路板上，从而有(yǒu)助于冷却零件。

制造：在没有(yǒu)通孔销或表面安装引線(xiàn)弯曲的情况下，BGA的处理(lǐ)问题比其他(tā)封装要少得多(duō)。BGA的焊球在回流焊过程中也能(néng)自动定心，这有(yǒu)助于简化制造过程。

可(kě)靠性：BGA封装解决了制造高引脚数DIP和QFP器件的可(kě)靠性问题。这些封装具有(yǒu)最小(xiǎo)的引脚宽度和间距，可(kě)以在组装过程中轻松地在引脚之间形成焊桥。

但是，使用(yòng)BGA封装确实会带来一些困难。例如，将BGA安装在電(diàn)路板上后，如果没有(yǒu)X射線(xiàn)设备或其他(tā)先进的扫描工具，几乎不可(kě)能(néng)目视检查焊点。但是，可(kě)以克服这些问题，并且使用(yòng)BGA封装的好处遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过了它们的缺点。 

接下来，我们将考虑在PCB布局期间放置BGA封装时要牢记的一些注意事项。

一个BGA封装放置在電(diàn)路板的顶部。

BGA封装的元件放置PCB布局建议

您要使用(yòng)的BGA部件越复杂，您就必须进行更多(duō)的计划才能(néng)成功地将每个引脚路由到与其关联的网络。高引脚数BGA的引脚间距為(wèi)0.5mm时，将需要仔细计划以设计其所有(yǒu)网络的逃生布線(xiàn)图案。在您布置走線(xiàn)之前，很(hěn)久就需要在组件放置上进行很(hěn)多(duō)周密的考虑。

与往常一样，首先从固定组件开始进行布局布局规划，例如连接器，开关和其他(tā)IO设备。您还需要牢记電(diàn)路板的散热注意事项，以确保热运行的BGA具有(yǒu)保持凉爽所需的气流。处理(lǐ)器和内存芯片必须离其板外连接器足够近，这样它们就不必在整个板上走很(hěn)長(cháng)的走線(xiàn)。同时，您必须為(wèi)信号路径的所有(yǒu)部分(fēn)提供足够的空间，以使它们整齐地放置，而其走線(xiàn)也不必走得太遠(yuǎn)才能(néng)到达它们。

在开始放置时，请记住為(wèi)您的BGA零件留出足够的空间，以便其围绕它们的所有(yǒu)布線(xiàn)。这些部件应具有(yǒu)许多(duō)与之相关的旁路電(diàn)容器，并且需要将它们直接放置在所连接引脚的旁边。接下来，作為(wèi)信号路径一部分(fēn)的组件需要顺序放置在信号的源和负载之间。这可(kě)能(néng)需要更改展示位置的大部分(fēn)以适合这些部分(fēn)，因此请做好互动工作的准备，以最终确定展示位置。 

要记住的另一件事是，除了良好的信号完整性外，您还需要进行设计以实现良好的電(diàn)源完整性。这意味着将不同的電(diàn)源放置在它们所提供的區(qū)域附近，而不会使它们的電(diàn)路与BGA的敏感数字電(diàn)路混在一起。

通过最优化的方式安排零件放置，是时候开始对BGA的网进行布線(xiàn)了。

选择要在PCB设计CAD工具中使用(yòng)的过孔，以在BGA封装内和周围布線(xiàn)。

连接BGA封装的跟踪路由提示

首先要做的是规划从细间距表面安装组件（例如BGA部件）进行的逃生布線(xiàn)或“扇出”。转义路由不仅仅是画一条短線(xiàn)并放一个过孔；它必须与组件放置，层堆叠，信号完整性需求和布線(xiàn)密度一起计划。对于高引脚数的细间距BGA，可(kě)能(néng)需要附加的板层或高密度互连（HDI）布線(xiàn)策略。但是，在执行此操作之前，始终最好先与PCB制造商(shāng)联系，以确认价格及其制造HDI板的能(néng)力。

在将逸出走線(xiàn)和过孔从BGA布線(xiàn)出来时，首先要从外排开始。使用(yòng)对角線(xiàn)布線(xiàn)，这些迹線(xiàn)将是最简单的铺设方法。从那里开始，您可(kě)以通过排成排的针脚开始工作。对于引脚间距较大的BGA，可(kě)以使用(yòng)较短的走線(xiàn)段以所谓的“狗骨头图案”连接到焊盘旁边的通孔。 

较大的引脚间距BGA也将允许您在焊盘之间进行布線(xiàn)。对于较小(xiǎo)的间距，可(kě)能(néng)需要在焊盘上使用(yòng)通孔，尽管这会增加板的制造成本。同样，请先与您的制造商(shāng)联系，以确认他(tā)们将能(néng)够為(wèi)您构建哪种级别的PCB技术以及以何种价格制造。这是您将要使用(yòng)的过孔：

通孔：这是電(diàn)路板上最常用(yòng)的通孔。它们是用(yòng)机械钻创建的，一直贯穿板子，但尺寸限制最小(xiǎo)。对于标准宽度的電(diàn)路板，最小(xiǎo)钻孔尺寸通常不小(xiǎo)于6密耳。

盲孔和掩埋孔：这些过孔也可(kě)以通过机械钻来创建，但是将仅部分(fēn)穿透板子，或者在板子的内部层开始和停止。盲孔可(kě)以嵌入BGA焊盘中，盲孔和埋孔都需要在PCB制造过程中将板的层对层压在一起之前对其进行钻孔。这些额外的步骤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(kě)能(néng)是必要的选择。

微型：这些通孔是用(yòng)激光创建的，比机械钻孔的孔要小(xiǎo)，但由于尺寸较小(xiǎo)，它们通常仅跨越两层。可(kě)以将微孔堆叠在一起或并排交错以获得所需的结果。尽管它们的确比机械钻孔的价格高，但它们无缝地嵌入BGA焊盘的能(néng)力使其非常适用(yòng)于细间距零件的扇出。

当您将逸出图案从BGA器件中布線(xiàn)出来时，请记住，引脚数较高的部件将需要附加的電(diàn)路板层。从引脚布線(xiàn)所需的所有(yǒu)过孔都将占用(yòng)走線(xiàn)所需的布線(xiàn)通道。您可(kě)能(néng)会发现自己必须為(wèi)BGA上的每两行引脚添加另一个板层。 

您可(kě)以自己做的一件事是咨询许多(duō)零件制造商(shāng)将在其组件数据表中包括的推荐布線(xiàn)模式。您还应该在PCB设计工具中设置设计规则和约束条件，以控制BGA布線(xiàn)的走線(xiàn)宽度和间距的大小(xiǎo)。接下来，我们来看一下。