BGA 封裝的頂級 PCB 布局建議

隨著電子設備功能的不斷增長，它們的尺寸也在不斷縮小。 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 20 世紀 80 年代后期推出以來，球柵陣列 (BGA) 是滿足這一需求的最流行的元件封裝之一。

BGA封裝一經推出便成為封裝技術的下一個大新聞。 它們提供比通孔 PGA 和表面貼裝 QFP 更高的互連密度，并且成本相當，沒有與這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，并成為微處理器和存儲設備等高引腳數集成電路的默認封裝。 讓我們仔細看看并討論 BGA 封裝的一些 PCB 布局建議。

了解有關球柵陣列組件的更多信息

球柵陣列封裝包含復雜集成電路的管芯，沒有通孔或表面貼裝元件共有的引腳或引線。 相反，它們的針墊均勻分布在包裝底部。 這些焊盤中的每個焊盤都有一個微小的焊球，通過助焊劑粘在上面。 在 PCB 組裝的回流焊接過程中，焊球會熔化并形成牢固的焊點。

BGA引腳焊盤根據器件引腳的大小和數量確定，間距為1.5mm～0.5mm。 焊球本身的直徑范圍為 0.75 毫米至 0.3 毫米。

隨著復雜IC管腳數量的增加，BGA之前使用的標準表面貼裝封裝已經不再理想。 這些傳統封裝的引腳都在外圍，因此必須增加尺寸以支持更多的引腳，這將占用電路板上的大量空間。 此外，隨著封裝尺寸的增加，他們開始遇到電氣和可制造性問題。 然而，其中許多問題已通過 BGA 封裝得到解決。 解決了一些具體問題：

尺寸：BGA引腳均勻分布在組件下方，而不是依賴于組件引線的外圍。 這使得相同數量引腳的封裝尺寸比傳統雙列直插封裝或方形扁平封裝中的零件更小。

性能：由于引腳分布在BGA的底部，因此內部連接核心和引腳的導線比DIP或QFP封裝的導線短得多。 這些較短的連接降低了它們的電感和電阻，從而使設備具有更好的性能。

熱阻：BGA中管芯到管腳的導線越短，熱阻也越小。 這樣，零件產生的熱量可以更均勻地分布到電路板上，從而有助于冷卻零件。

制造：BGA 與其他沒有通孔引腳或彎曲表面安裝引線的封裝相比，加工問題要少得多。 BGA 焊球還可以在回流期間自動居中，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，并且在組裝過程中很容易在引腳之間形成焊橋。

但是，使用BGA封裝確實帶來了一些困難。 例如，在電路板上安裝 BGA 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，這些問題都是可以克服的，BGA封裝的優點遠遠大于缺點。

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。

BGA 封裝元件放置 PCB 布局建議

您要使用的 BGA 組件越復雜，您必須進行更多的規劃才能將每個引腳成功路由到其關聯的網絡。 當高腳數BGA的腳間距為0.5mm時，需要仔細規劃設計其所有網絡的逃生布線圖案。 在布局布線之前，您需要長時間仔細考慮元件放置。

像往常一樣，布局規劃從固定組件開始，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它們的板外連接器足夠近，這樣它們就不必在板上走很遠的路。 同時，你必須為信號路徑的各個部分提供足夠的空間，使它們擺放整齊，它們的走線不必走得太遠才能到達。

當您開始放置時，請記住為您的 BGA 部件留出足夠的空間，以便它們繞著它們走線。 這些組件應該有許多關聯的旁路電容器，并且需要直接放置在連接的引腳旁邊。 接下來，作為信號路徑一部分的組件需要按順序放置在信號源和負載之間。 這可能需要更改大部分顯示位置以適合這些部件，因此請準備好進行交互式工作以最終確定顯示位置。

另一件要記住的事情是，除了良好的信號完整性之外，您還需要針對良好的電源完整性進行設計。 這意味著不同的電源被放置在它們提供的區域附近，而不會將它們的電路與 BGA 的敏感數字電路混合。

通過優化零件的放置，是時候開始布線 BGA 網絡了。

選擇要在 PCB 設計 CAD 工具中使用的過孔，以便在 BGA 封裝內部和周圍進行布線。

連接BGA封裝走線提示

要做的第一件事是從精細間隔的表面安裝元件（例如 BGA 元件）中規劃逃生布線或“扇出”。 逃生布線不僅僅是畫一條短線和放置一個過孔； 必須規劃組件放置、層堆疊、信號完整性要求和布線密度。 對于具有高引腳數的細間距 BGA，可能需要額外的板層或高密度互連 (HDI) 布線策略。 但是，在執行此操作之前，始終最好聯系 PCB 制造商以確認價格及其制造 HDI 板的能力。

從 BGA 布線逃生電纜和過孔時，從外排開始。 使用對角線布線，這些走線將是最簡單的鋪設方法。 從那里，您可以開始使用多排引腳。 對于管腳間距較大的BGA，可以采用短線段連接焊盤旁的通孔，即所謂的“狗骨圖案”。

大引腳間距 BGA 還允許您在焊盤之間布線。 對于更小的間距，可能需要在焊盤上使用通孔，盡管這會增加板制造成本。 同樣，請先聯系您的制造商，以確認他們能夠為您制造什么級別的 PCB 技術以及價格是多少。 這是您將使用的通道：

通孔：這是電路板上最常用的通孔。 它們是用機械鉆創建的，并穿過電路板，但尺寸限制很小。 對于標準寬度的板，最小鉆孔尺寸通常不小于 6 密耳。

盲孔和埋孔：這些過孔也可以通過機械鉆孔來創建，但只會部分穿透板，或者在板的內層開始和停止。 盲孔可以嵌入BGA焊盤。 在PCB制造過程中，在將板層層壓在一起之前，需要鉆盲孔和埋孔。 這些額外的步驟使得盲孔和埋通孔的制造成本更高，但在緊湊型板上，增加成本可能是一個必要的選擇。

微型：這些通孔由激光形成，比機器鉆出的通孔小，但由于尺寸較小，它們通常只跨越兩層。 微孔可以堆疊在一起或并排交錯排列以獲得所需的結果。 雖然它們確實比機械鉆孔更昂貴，但它們無縫插入 BGA 焊盤的能力使它們非常適合扇出精細間隔的零件。

當您連接 BGA 設備的轉義圖案時，請記住，具有更高引腳數的組件將需要額外的電路板層。 從管腳接線所需的所有過孔都會占用布線所需的接線通道。 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。 PCB加工廠講解了BGA封裝的頂級PCB布局建議和元器件封裝技術的最新發展。