PCB設(shè)計中對BGA芯片進行布線的一些技巧

封裝類型

當(dāng)集成電路從硅晶圓上切割下來后，可以用多種不同的方式進行封裝，包括：

Dual Inline Package (DIP).

Small Outline Integrated Circuit (SOIC).

Thin Quad Flat Pack (TQFP).

Quad Flat No-Leads (QFN).

Ball Grid Array (BGA).

在不同的塑料封裝內(nèi)部，使用引線鍵合的技術(shù)從硅集成電路連接到封裝引腳。

DIP封裝更大，更容易手工焊接（更適合業(yè)余愛好者），而BGA封裝不能進行手工焊接，需要特殊設(shè)備才能組裝到PCB上。

BGA 封裝具有最高的引腳密度， 這意味著它們在 PCB 上占用的空間最小，這對于大多數(shù)現(xiàn)代高端電子產(chǎn)品 （如智能手機） 至關(guān)重要。然而，擁有如此高密度的封裝意味著需要特殊技術(shù)來布置PCB上的所有信號。

以下是在PCB設(shè)計過程中對BGA芯片進行布線的一些技巧：

設(shè)計規(guī)則

在開始PCB布局之前，第一步是決定設(shè)計規(guī)則。

板子將有多少層？

最小的軌道寬度是多少？

最小軌道間距是多少？

最小通孔尺寸是多少（最小鉆孔直徑和最小環(huán)形圈）？

一般來說，層數(shù)越多，特征公差越小，電路板的布線就越容易。然而，更多的層數(shù)和更嚴(yán)格的公差通常也會使電路板更加昂貴（而且制造速度更慢）。

產(chǎn)品數(shù)量

決策因素之一是預(yù)期的產(chǎn)品數(shù)量——這些板子預(yù)計會有多少？對于大批量的產(chǎn)品，可能值得投入額外的精力，使用盡可能少的層數(shù)來布線，以減少每塊PCB的成本；而對于小批量的產(chǎn)品，花費額外的時間來布線層數(shù)更少的PCB就不值得。

還有必要考慮PCB制造商的能力，以及他們是否真的能按照你的設(shè)計規(guī)格生產(chǎn)電路板--即他們的最小軌道寬度、軌道間距、鉆孔尺寸和環(huán)形規(guī)格是什么，以及他們能生產(chǎn)的最大電路板層數(shù)。

阻抗要求

另一個因素是阻抗要求以及是否有軌道需要特定的阻抗，因為軌道寬度、軌道間距和層堆疊將決定軌道阻抗。此外，電路板的某些內(nèi)層將成為電源參考平面（用于恒定阻抗）;如果您還不熟悉這一點，請查看我們有關(guān)高速設(shè)計的文章以獲取更多信息。

一些BGA，如微處理器單元（MPU）具有多個電源域，電路板內(nèi)層上的電源層通常會根據(jù)芯片特定區(qū)域使用的電源連接分成不同的部分。例如，DDR 內(nèi)存可能在特定電壓下工作，并且具有跨越 DDR 芯片以及 MPU 的 DDR 部分的電源位，而 SD/eMMC 部分將在不同的電壓下工作，并具有自己的電源位跨越該內(nèi)存和 MPU 的該部分。在相關(guān)引腳下具有正確的電源層對于阻抗匹配很重要，也使引腳布線變得容易，因為它們所需要的只是通孔到電源層（而不是在BGA區(qū)域之外布線的軌道）。

零件文檔

有時，IC數(shù)據(jù)手冊會就某些設(shè)計規(guī)則提出建議，例如意法半導(dǎo)體的STM32MP1應(yīng)用筆記中關(guān)于該處理器硬件設(shè)計入門的摘錄：

一般來說，基本上都必須檢查零件文件中的任何設(shè)計要求或建議。對于設(shè)計的某些部分，也可能有具體的設(shè)計限制，例如對DDR連接的阻抗和間隔的要求。從庫中拉入PCB封裝時，值得檢查進口零件的BGA著陸墊尺寸。一般規(guī)則要求，這些尺寸應(yīng)為BGA球直徑的80%，但是它們并不總是在進口封裝上設(shè)置。

BGA芯片幾乎都需要去耦電容，可能還需要校準(zhǔn)電阻，放在靠近芯片的地方（通常是在它的正下方），因此決定這些的封裝尺寸也是一個重要的步驟，應(yīng)該提前完成。同樣，封裝尺寸越小，布線就越容易，但PCB組裝所需的設(shè)備和工藝就越先進（因此也可能越昂貴）。

在決定設(shè)計規(guī)則時要檢查的另一個因素是芯片的參考設(shè)計板。無論使用哪種PCB設(shè)計軟件，制造商通常會提供可以使用Gerber Viewer軟件（如ViewMate）打開和檢查的電路板Gerber文件。層數(shù)、軌道寬度、軌道間距和通孔尺寸都可以檢查。

過孔選項

另一個潛在的設(shè)計決策是是否使用盲孔或埋孔，這也是比較昂貴的，但是也能進行更高密度的設(shè)計。焊盤通孔技術(shù)是另一種可用于增加密度的技術(shù)，但成本更高。

放置走線

一些BGA有選擇性的填充球，在BGA上的一些球的位置沒有被使用，以便為布線軌道創(chuàng)造逃生通道。移除內(nèi)層通孔上的非功能性焊盤可以騰出更多的空間用于布線（當(dāng)使用6層以上電路板時）。

過孔通常以狗骨方式排列。

可以使用排列過孔技術(shù)增加從內(nèi)行逃逸的走線密度，以創(chuàng)建一個通道，在該通道中，多個軌道可以近距離布線：

最后一個技巧是，有時不要把相鄰的芯片（如MPU和DDR）放得太近，以便為長度匹配的蛇形線留出足夠的空間，蛇形線往往比你想象的要占用更多的空間。

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