PCB设计关于BGA芯片布线通用技巧

香香技术员 2023-11-27 978

PCB设计

2539人已加入

描述

　　当从硅晶片上切下集成电路时，可以用多种不同的方式进行封装，包括：双列直插式封装（DIP）、小型集成电路（SOIC）、薄型四方扁平封装（TQFP）、四方扁平无引脚（QFN）、球栅阵列（BGA）。

　　在不同的塑料封装中，硅ic与封装引脚之间的连接是通过一种叫做引线键合的技术实现的。

　　DIP封装更大，更容易手工焊接（更适合爱好者），而BGA封装不能手工焊接，需要特殊设备才能组装到PCB上。

　　BGA封装具有最高的引脚密度，这意味着它们在PCB上占据最小的空间，这对于大多数现代高端电子产品（如智能手机）来说是必不可少的。然而，拥有如此高密度的封装意味着需要特殊技术将所有信号路由到PCB上。

　　以下是PCB设计过程中关于BGA芯片布线的一些通用技巧。

　　设计规则

　　甚至在开始PCB布局之前，第一步就是确定设计规则。

　　板子会有几层？
　　最小轨道宽度是多少？
　　最小轨道间距是多少？
　　最小通孔尺寸是多少（最小钻孔直径和最小环形圈）？

　　一般来说，层数越多，特性容差越小，电路板布线就越容易。然而，更多的层和更严格的公差通常也会使电路板更昂贵（并且制造更慢）。

　　产品量

　　其中一个决定因素是预期的产品量——预计会生产多少块这样的板？对于大批量产品，为了降低每个PCB的成本，花费额外的精力使用尽可能少的层仔细布线可能是值得的，而对于小批量产品，花费额外的时间布线到更少的层的劳动力成本是不合理的。

　　还有必要检查您的PCB制造商的能力，以及他们实际上是否能够生产出符合您设计规格的电路板，即他们的最小走线宽度、走线间距、钻孔尺寸和环形圈规格（以及他们能够生产的最大电路板层数）。

　　阻抗要求

　　另一个因素是阻抗要求，以及是否有任何（许多）走线需要特定的阻抗，因为走线宽度、走线间距和层叠将决定走线阻抗。此外，不言而喻，电路板的一些内层将是电源参考层（用于恒定阻抗）；请检查我们的高速设计文章如果您对此还不熟悉的话。

　　一些BGA（如微处理器单元（MPU））具有多个电源域，电路板内层的电源层通常会根据芯片特定区域使用的电源连接分成不同的部分。例如，DDR存储器可以在特定的电压下工作，并且将具有跨越DDR芯片以及MPU的DDR部分的电源位置，而SD/eMMC部分将在不同的电压下工作，并且具有跨越该存储器和MPU的该部分的自己的电源位置。

　　相关引脚下方的正确电源层对于阻抗匹配很重要，但也使这些引脚的布线变得容易，因为它们只需要一个向下到电源层的过孔（而不是在BGA区域之外布线的走线）。

　　零件文档

　　有时，IC数据手册会提供一些关于设计规则的建议，例如ST微电子公司STM32MP1应用笔记中关于该处理器硬件设计入门的摘录：

　　一般来说，检查零件文件中的任何设计要求或建议都是强制性的。对设计的某些部分的布线也可能有特定的设计约束，例如DDR连接上的阻抗和间距要求。

　　从库中提取PCB封装外形时，有必要检查导入器件的BGA焊盘尺寸——一般来说，这些尺寸应该是BGA球直径的80%，但导入封装外形时并不总是如此设置。

　　BGA芯片几乎总是需要去耦电容，可能还需要靠近芯片放置校准电阻（通常在其正下方），因此确定这些电容的封装尺寸也是一个重要步骤，应该提前完成。同样，封装尺寸越小，走线就越容易，但PCB组装所需的设备和工艺就越先进（因此可能更昂贵）。

　　决定设计规则时，另一个要检查的来源是芯片的参考设计板。无论使用何种PCB设计软件，制造商通常都会提供电路板Gerber文件，可以使用ViewMate等Gerber查看软件打开并检查这些文件。层数、轨道宽度、轨道间距和通孔尺寸都可以检查。

　　通过选项

　　另一个潜在的设计决策是是否使用盲过孔和/或掩埋过孔，这同样更昂贵，但也使更高密度的设计更容易（甚至可能）。焊盘通孔技术是另一种可用于增加密度的技术，但是成本也较高。

　　放置路线

　　一些BGA具有选择性填充的球，其中BGA上的一些球位置未被使用，以便创建用于路由轨道的逸出通道。

　　移除内层过孔上的非功能性焊盘有助于释放更多布线空间（使用6层以上电路板时）。

　　通孔通常以狗骨式排列。

　　一种用于增加从内部行逸出的迹线的密度的技术可以是以这样一种方式布置通孔，以便产生一个通道，在该通道中多个迹线可以非常接近地被引出：

　　作为最后一个提示，有时不要将相邻的芯片（如MPU和DDR）放得太近会有所帮助，以便为长度匹配的蛇形线留出足够的空间，这些蛇形线通常会占用您可能认为的更多空间。

　　审核编辑：黄飞

打开APP阅读更多精彩内容