PCB設(shè)計關(guān)于BGA芯片布線的通用技巧

當(dāng)從硅晶片上切下集成電路時，可以用多種不同的方式進(jìn)行封裝，包括：雙列直插式封裝（DIP）、小型集成電路（SOIC）、薄型四方扁平封裝（TQFP）、四方扁平無引腳（QFN）、球柵陣列（BGA）。

在不同的塑料封裝中，硅ic與封裝引腳之間的連接是通過一種叫做引線鍵合的技術(shù)實現(xiàn)的。

DIP封裝更大，更容易手工焊接（更適合愛好者），而BGA封裝不能手工焊接，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上占據(jù)最小的空間，這對于大多數(shù)現(xiàn)代高端電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)）來說是必不可少的。然而，擁有如此高密度的封裝意味著需要特殊技術(shù)將所有信號路由到PCB上。

以下是PCB設(shè)計過程中關(guān)于BGA芯片布線的一些通用技巧。

設(shè)計規(guī)則

甚至在開始PCB布局之前，第一步就是確定設(shè)計規(guī)則。

板子會有幾層？

最小軌道寬度是多少？

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，特性容差越小，電路板布線就越容易。然而，更多的層和更嚴(yán)格的公差通常也會使電路板更昂貴（并且制造更慢）。

產(chǎn)品量

其中一個決定因素是預(yù)期的產(chǎn)品量——預(yù)計會生產(chǎn)多少塊這樣的板？對于大批量產(chǎn)品，為了降低每個PCB的成本，花費額外的精力使用盡可能少的層仔細(xì)布線可能是值得的，而對于小批量產(chǎn)品，花費額外的時間布線到更少的層的勞動力成本是不合理的。

還有必要檢查您的PCB制造商的能力，以及他們實際上是否能夠生產(chǎn)出符合您設(shè)計規(guī)格的電路板，即他們的最小走線寬度、走線間距、鉆孔尺寸和環(huán)形圈規(guī)格（以及他們能夠生產(chǎn)的最大電路板層數(shù)）。

阻抗要求

另一個因素是阻抗要求，以及是否有任何（許多）走線需要特定的阻抗，因為走線寬度、走線間距和層疊將決定走線阻抗。此外，不言而喻，電路板的一些內(nèi)層將是電源參考層（用于恒定阻抗）；請檢查我們的高速設(shè)計文章如果您對此還不熟悉的話。

一些BGA（如微處理器單元（MPU））具有多個電源域，電路板內(nèi)層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存儲器可以在特定的電壓下工作，并且將具有跨越DDR芯片以及MPU的DDR部分的電源位置，而SD/eMMC部分將在不同的電壓下工作，并且具有跨越該存儲器和MPU的該部分的自己的電源位置。

相關(guān)引腳下方的正確電源層對于阻抗匹配很重要，但也使這些引腳的布線變得容易，因為它們只需要一個向下到電源層的過孔（而不是在BGA區(qū)域之外布線的走線）。

零件文檔

有時，IC數(shù)據(jù)手冊會提供一些關(guān)于設(shè)計規(guī)則的建議，例如ST微電子公司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，檢查零件文件中的任何設(shè)計要求或建議都是強(qiáng)制性的。對設(shè)計的某些部分的布線也可能有特定的設(shè)計約束，例如DDR連接上的阻抗和間距要求。

從庫中提取PCB封裝外形時，有必要檢查導(dǎo)入器件的BGA焊盤尺寸——一般來說，這些尺寸應(yīng)該是BGA球直徑的80%，但導(dǎo)入封裝外形時并不總是如此設(shè)置。

BGA芯片幾乎總是需要去耦電容，可能還需要靠近芯片放置校準(zhǔn)電阻（通常在其正下方），因此確定這些電容的封裝尺寸也是一個重要步驟，應(yīng)該提前完成。同樣，封裝尺寸越小，走線就越容易，但PCB組裝所需的設(shè)備和工藝就越先進(jìn)（因此可能更昂貴）。

決定設(shè)計規(guī)則時，另一個要檢查的來源是芯片的參考設(shè)計板。無論使用何種PCB設(shè)計軟件，制造商通常都會提供電路板Gerber文件，可以使用ViewMate等Gerber查看軟件打開并檢查這些文件。層數(shù)、軌道寬度、軌道間距和通孔尺寸都可以檢查。

通過選項

另一個潛在的設(shè)計決策是是否使用盲過孔和/或掩埋過孔，這同樣更昂貴，但也使更高密度的設(shè)計更容易（甚至可能）。焊盤通孔技術(shù)是另一種可用于增加密度的技術(shù)，但是成本也較高。

放置路線

決定設(shè)計規(guī)則時，另一個要檢查的來源是芯片的參考設(shè)計板。無論使用何種PCB設(shè)計軟件，制造商通常都會提供電路板Gerber文件，可以使用ViewMate等Gerber查看軟件打開并檢查這些文件。層數(shù)、軌道寬度、軌道間距和通孔尺寸都可以檢查。

一些BGA具有選擇性填充的球，其中BGA上的一些球位置未被使用，以便創(chuàng)建用于路由軌道的逸出通道。

移除內(nèi)層過孔上的非功能性焊盤有助于釋放更多布線空間（使用6層以上電路板時）。

通孔通常以狗骨式排列。

一種用于增加從內(nèi)部行逸出的跡線的密度的技術(shù)可以是以這樣一種方式布置通孔，以便產(chǎn)生一個通道，在該通道中多個跡線可以非常接近地被引出：

作為最后一個提示，有時不要將相鄰的芯片（如MPU和DDR）放得太近會有所幫助，以便為長度匹配的蛇形線留出足夠的空間，這些蛇形線通常會占用您可能認(rèn)為的更多空間。

審核編輯：黃飛

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