BGA 封裝的頂級(jí) PCB 布局建議

隨著電子設(shè)備功能的不斷增長(zhǎng)，它們的尺寸也在不斷縮小。 為這些較小的設(shè)備提供必要的功能需要組件封裝技術(shù)的最新發(fā)展。 自 20 世紀(jì) 80 年代后期推出以來(lái)，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(jīng)推出便成為封裝技術(shù)的下一個(gè)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(dāng)，沒(méi)有與這些封裝相關(guān)的制造問(wèn)題。

從那時(shí)起，它們的受歡迎程度持續(xù)上升，并成為微處理器和存儲(chǔ)設(shè)備等高引腳數(shù)集成電路的默認(rèn)封裝。 讓我們仔細(xì)看看并討論 BGA 封裝的一些 PCB 布局建議。

了解有關(guān)球柵陣列組件的更多信息

球柵陣列封裝包含復(fù)雜集成電路的管芯，沒(méi)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(pán)中的每個(gè)焊盤(pán)都有一個(gè)微小的焊球，通過(guò)助焊劑粘在上面。 在 PCB 組裝的回流焊接過(guò)程中，焊球會(huì)熔化并形成牢固的焊點(diǎn)。

BGA引腳焊盤(pán)根據(jù)器件引腳的大小和數(shù)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(fù)雜IC管腳數(shù)量的增加，BGA之前使用的標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝封裝已經(jīng)不再理想。 這些傳統(tǒng)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(kāi)始遇到電氣和可制造性問(wèn)題。 然而，其中許多問(wèn)題已通過(guò) BGA 封裝得到解決。 解決了一些具體問(wèn)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(shù)量引腳的封裝尺寸比傳統(tǒng)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(nèi)部連接核心和引腳的導(dǎo)線比DIP或QFP封裝的導(dǎo)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(shè)備具有更好的性能。

熱阻：BGA中管芯到管腳的導(dǎo)線越短，熱阻也越小。 這樣，零件產(chǎn)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(méi)有通孔引腳或彎曲表面安裝引線的封裝相比，加工問(wèn)題要少得多。 BGA 焊球還可以在回流期間自動(dòng)居中，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(shù)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，并且在組裝過(guò)程中很容易在引腳之間形成焊橋。

但是，使用BGA封裝確實(shí)帶來(lái)了一些困難。 例如，在電路板上安裝 BGA 后，如果沒(méi)有 X 射線設(shè)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，這些問(wèn)題都是可以克服的，BGA封裝的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缺點(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(xiàng)。

BGA 封裝元件放置 PCB 布局建議

您要使用的 BGA 組件越復(fù)雜，您必須進(jìn)行更多的規(guī)劃才能將每個(gè)引腳成功路由到其關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)高腳數(shù)BGA的腳間距為0.5mm時(shí)，需要仔細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)其所有網(wǎng)絡(luò)的逃生布線圖案。 在布局布線之前，您需要長(zhǎng)時(shí)間仔細(xì)考慮元件放置。

像往常一樣，布局規(guī)劃從固定組件開(kāi)始，例如連接器、開(kāi)關(guān)和其他 IO 設(shè)備。 您還需要牢記電路板的散熱注意事項(xiàng)，以確保熱運(yùn)行的 BGA 具有保持涼爽所需的氣流。 處理器和內(nèi)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(yuǎn)的路。 同時(shí)，你必須為信號(hào)路徑的各個(gè)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(yuǎn)才能到達(dá)。

當(dāng)您開(kāi)始放置時(shí)，請(qǐng)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(yīng)該有許多關(guān)聯(lián)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(lái)，作為信號(hào)路徑一部分的組件需要按順序放置在信號(hào)源和負(fù)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(qǐng)準(zhǔn)備好進(jìn)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(hào)完整性之外，您還需要針對(duì)良好的電源完整性進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這意味著不同的電源被放置在它們提供的區(qū)域附近，而不會(huì)將它們的電路與 BGA 的敏感數(shù)字電路混合。

通過(guò)優(yōu)化零件的放置，是時(shí)候開(kāi)始布線 BGA 網(wǎng)絡(luò)了。

選擇要在 PCB 設(shè)計(jì) CAD 工具中使用的過(guò)孔，以便在 BGA 封裝內(nèi)部和周?chē)M(jìn)行布線。

連接BGA封裝走線提示

要做的第一件事是從精細(xì)間隔的表面安裝元件（例如 BGA 元件）中規(guī)劃逃生布線或“扇出”。 逃生布線不僅僅是畫(huà)一條短線和放置一個(gè)過(guò)孔； 必須規(guī)劃組件放置、層堆疊、信號(hào)完整性要求和布線密度。 對(duì)于具有高引腳數(shù)的細(xì)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(zhí)行此操作之前，始終最好聯(lián)系 PCB 制造商以確認(rèn)價(jià)格及其制造 HDI 板的能力。

從 BGA 布線逃生電纜和過(guò)孔時(shí)，從外排開(kāi)始。 使用對(duì)角線布線，這些走線將是最簡(jiǎn)單的鋪設(shè)方法。 從那里，您可以開(kāi)始使用多排引腳。 對(duì)于管腳間距較大的BGA，可以采用短線段連接焊盤(pán)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(pán)之間布線。 對(duì)于更小的間距，可能需要在焊盤(pán)上使用通孔，盡管這會(huì)增加板制造成本。 同樣，請(qǐng)先聯(lián)系您的制造商，以確認(rèn)他們能夠?yàn)槟圃焓裁醇?jí)別的 PCB 技術(shù)以及價(jià)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(jī)械鉆創(chuàng)建的，并穿過(guò)電路板，但尺寸限制很小。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(guò)孔也可以通過(guò)機(jī)械鉆孔來(lái)創(chuàng)建，但只會(huì)部分穿透板，或者在板的內(nèi)層開(kāi)始和停止。 盲孔可以嵌入BGA焊盤(pán)。 在PCB制造過(guò)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(gè)必要的選擇。

微型：這些通孔由激光形成，比機(jī)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(cuò)排列以獲得所需的結(jié)果。 雖然它們確實(shí)比機(jī)械鉆孔更昂貴，但它們無(wú)縫插入 BGA 焊盤(pán)的能力使它們非常適合扇出精細(xì)間隔的零件。

當(dāng)您連接 BGA 設(shè)備的轉(zhuǎn)義圖案時(shí)，請(qǐng)記住，具有更高引腳數(shù)的組件將需要額外的電路板層。 從管腳接線所需的所有過(guò)孔都會(huì)占用布線所需的接線通道。 您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己必須為 BGA 上的每?jī)尚幸_添加另一個(gè)板層。 PCB加工廠講解了BGA封裝的頂級(jí)PCB布局建議和元器件封裝技術(shù)的最新發(fā)展。