Proteus PCB设计:BGA封装的布线技巧
来源:www.labcenter.com | 作者:Labcenter | 发布时间: 2023-06-12 | 674 次浏览 | 分享到:
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封装类型


当集成电路从硅晶圆上切割下来后,可以用多种不同的方式进行封装,包括:









Dual Inline Package (DIP).



Small Outline Integrated Circuit (SOIC).










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Thin Quad Flat Pack (TQFP).



Quad Flat No-Leads (QFN).



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Ball Grid Array (BGA).




在不同的塑料封装内部,使用引线键合的技术从硅集成电路连接到封装引脚。


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DIP封装更大,更容易手工焊接(更适合业余爱好者),而BGA封装不能进行手工焊接,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 上占用的空间最小,这对于大多数现代高端电子产品 (如智能手机) 至关重要。然而,拥有如此高密度的封装意味着需要特殊技术来布置PCB上的所有信号。


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以下是在PCB设计过程中对BGA芯片进行布线的一些技巧:



设计规则



在开始PCB布局之前,第一步是决定设计规则。



板子将有多少层?

最小的轨道宽度是多少?

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,特征公差越小,电路板的布线就越容易。然而,更多的层数和更严格的公差通常也会使电路板更加昂贵(而且制造速度更慢)。



产品数量



决策因素之一是预期的产品数量——这些板子预计会有多少?对于大批量的产品,可能值得投入额外的精力,使用尽可能少的层数来布线,以减少每块PCB的成本;而对于小批量的产品,花费额外的时间来布线层数更少的PCB就不值得。

还有必要考虑PCB制造商的能力,以及他们是否真的能按照你的设计规格生产电路板--即他们的最小轨道宽度、轨道间距、钻孔尺寸和环形规格是什么,以及他们能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轨道需要特定的阻抗,因为轨道宽度、轨道间距和层堆叠将决定轨道阻抗。此外,电路板的某些内层将成为电源参考平面(用于恒定阻抗);如果您还不熟悉这一点,请查看我们有关高速设计的文章以获取更多信息。

一些BGA,如微处理器单元(MPU)具有多个电源域,电路板内层上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 内存可能在特定电压下工作,并且具有跨越 DDR 芯片以及 MPU 的 DDR 部分的电源位,而 SD/eMMC 部分将在不同的电压下工作,并具有自己的电源位跨越该内存和 MPU 的该部分。在相关引脚下具有正确的电源层对于阻抗匹配很重要,也使引脚布线变得容易,因为它们所需要的只是通孔到电源层(而不是在BGA区域之外布线的轨道)。



零件文档



有时,IC数据手册会就某些设计规则提出建议,例如意法半导体的STM32MP1应用笔记中关于该处理器硬件设计入门的摘录:

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一般来说,基本上都必须检查零件文件中的任何设计要求或建议。对于设计的某些部分,也可能有具体的设计限制,例如对DDR连接的阻抗和间隔的要求。从库中拉入PCB封装时,值得检查进口零件的BGA着陆垫尺寸。一般规则要求,这些尺寸应为BGA球直径的80%,但是它们并不总是在进口封装上设置。

BGA芯片几乎都需要去耦电容,可能还需要校准电阻,放在靠近芯片的地方(通常是在它的正下方),因此决定这些的封装尺寸也是一个重要的步骤,应该提前完成。同样,封装尺寸越小,布线就越容易,但PCB组装所需的设备和工艺就越先进(因此也可能越昂贵)。

在决定设计规则时要检查的另一个因素是芯片的参考设计板。无论使用哪种PCB设计软件,制造商通常会提供可以使用Gerber Viewer软件(如ViewMate)打开和检查的电路板Gerber文件。层数、轨道宽度、轨道间距和通孔尺寸都可以检查。



过孔选项



另一个潜在的设计决策是是否使用盲孔或埋孔,这也是比较昂贵的,但是也能进行更高密度的设计。焊盘通孔技术是另一种可用于增加密度的技术,但成本更高。


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放置走线



一些BGA有选择性的填充球,在BGA上的一些球的位置没有被使用,以便为布线轨道创造逃生通道。移除内层通孔上的非功能性焊盘可以腾出更多的空间用于布线(当使用6层以上电路板时)。


过孔通常以狗骨方式排列。

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可以使用排列过孔技术增加从内行逃逸的走线密度,以创建一个通道,在该通道中,多个轨道可以近距离布线:

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最后一个技巧是,有时不要把相邻的芯片(如MPU和DDR)放得太近,以便为长度匹配的蛇形线留出足够的空间,蛇形线往往比你想象的要占用更多的空间。


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本文章版权归英国Labcenter公司所有,由广州风标电子提供翻译,更多信息可访问:https://www.labcenter.com/blog/pcb-bga-routing/



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