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PCB设计如何有效利用BGA布线?

发布时间:2019/07/16 PCB电路设计 浏览次数:98

  球形门阵列(BGA)封装是先进半导体器件(如FPGA和微处理器)中使用的标准封装类型。随着硅片制造商的发展,用于嵌入式设计的BGA封装技术也在不断改进。这种封装一般分为标准BGA和微型BGA。这两种类型的封装都必须克服越来越多的I/O问题,这意味着迂回路由(Escape Routing)变得越来越困难,即使对于经验丰富的PCB和嵌入式设计人员也是如此。

  图1:狗骨型扇出。
  嵌入式设计者的主要任务是制定适当的扇出策略,以促进电路板的制造。选择正确的扇出/布线策略时必须考虑的关键因素包括球间距、触点直径、I/O引脚数量、孔类型、焊盘尺寸、线宽和间距以及从BGA绕行所需的层数。
  PCB和嵌入式设计人员总是要求最少的电路板层数。为了降低成本,需要对层数进行优化。但有时设计者必须依靠一定数量的层,例如,为了抑制噪声,实际的路由层必须夹在两个接地平面层之间。
  除了具有特定BGA的嵌入式设计中固有的设计因素外,设计通常还包括两种基本方法,嵌入式设计师必须采用这两种方法才能正确地绕过BGA发出的信号:狗骨扇出(图1)和衬垫上的通孔(图2)。狗骨扇出用于BGA,球间距为0.5 mm及以上,而垫片上的通孔用于球间距小于0.5 mm(也称为超精细间距)的BGA和微型BGA。间距定义为BGA的一个球的中心与相邻球的中心之间的距离。图2:通过孔内衬垫的扇出方法。
  了解与这些BGA信号路由技术相关的一些基本术语非常重要。通孔是一种带有电镀孔的垫片,用于将一层铜线PCB层与另一层铜线连接起来。高密度多层电路板可与盲孔或埋孔一起使用,也称为微孔。所述盲孔只有一侧可见,且所述埋孔的任何一侧均不可见。
  狗骨型扇出
  狗骨型BGA扇出方法分为四个象限,在BGA中间留出一个宽通道,用于从内部布置多条线。pcb设计公司内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素、优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。对来自BGA的信号进行分解,并将其连接到与其他电路相关的一些关键步骤。图3:与BGA关联的三种不同周长。第一步是确定BGA扇出所需的孔尺寸。孔的大小取决于许多因素:元件间距、PCB厚度以及从孔的一个区域或周长到另一个区域或周长的布线数量。图3显示了与BGA相关的三种不同周长。周长是围绕BGA的矩阵、正方形或多边形边界。
  通过第一行(水平)和对应于第一列(垂直)的虚线是第一个周长,然后是第二个周长,然后是第三个周长。pcb板设计线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值,通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中,传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。设计师从BGA的最外周长开始布线,然后走进BGA的最内周长。孔尺寸按接触直径和球间距计算,如表1所示。接触直径也是每个BGA球的垫片直径。表1:孔的尺寸是使用接触直径和球间距计算的。第二步是定义从BGA到电路板内层的线宽,一旦狗骨扇出完成并确定PASS垫的特定尺寸。在确定线宽时,有许多因素需要考虑。

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