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在PCB设计中高效地使用BGA信号布线技术

发布日期:2023-09-09 00:43浏览次数:
本文摘要:球栅阵列(BGA)PCB是目前FPGA和微处理器等各种高度先进设备和简单的半导体器件使用的标准PCB类型。用作嵌入式设计的BGAPCB技术在追随芯片制造商的技术发展而不断进步,这类PCB一般分为标准和微型BGA两种。这两种类型PCB都要应付数量更加多的I/O挑战,这意味著信号包抄布线(Escaperouting)更加艰难,即使对于经验丰富的PCB和嵌入式设计师来说也极具挑战性。 嵌入式设计师的首要任务是研发适合的扇出有策略,以便利电路板的生产。

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球栅阵列(BGA)PCB是目前FPGA和微处理器等各种高度先进设备和简单的半导体器件使用的标准PCB类型。用作嵌入式设计的BGAPCB技术在追随芯片制造商的技术发展而不断进步,这类PCB一般分为标准和微型BGA两种。这两种类型PCB都要应付数量更加多的I/O挑战,这意味著信号包抄布线(Escaperouting)更加艰难,即使对于经验丰富的PCB和嵌入式设计师来说也极具挑战性。

  嵌入式设计师的首要任务是研发适合的扇出有策略,以便利电路板的生产。在自由选择准确的扇出有/布线策略时必须重点考虑到的因素有:球间距,触点直径,I/O插槽数量,过孔类型,焊盘尺寸,回头线宽度和间距,以及从BGA包抄出来所需的层数。  PCB和嵌入式设计师总是拒绝用于最多的电路板层数。

为了降低成本,层数必须优化。但有时设计师必需倚赖某个层数,比如为了诱导噪声,实际布线层必需垫在两个地平面层之间。  图1:Dogbone型扇出有。

  除了基于特定BGA的嵌入式设计固有的这些设计因素外,设计的主要部分还包括嵌入式设计师从BGA准确包抄信号走线所必需采行的两种基本方法:Dogbone型扇出有(图1)和焊接盘内过孔(图2)。Dogbone型扇出有用作球间距为0.5mm及以上的BGA,而焊接盘内过孔用作球间距在0.5mm以下(也称作超强细致间距)的BGA和微型BGA。间距定义为BGA的某个球中心与邻接球中心之间的距离。

  图2:焊接盘内过孔扇出有方法。  理解与这些BGA信号布线技术有关的一些基本术语很最重要。其中术语过孔是最重要的。

过孔是指带电镀孔的焊盘,这个电镀孔用作相连某个PCB层上的铜线和另外一个层上的铜线。高密度多层电路板有可能中用盲孔或埋孔,也称作微型过孔。

盲孔只有一面可见,挖出孔两面都不可见。  Dogbone型扇出有  Dogbone型BGA扇出法是分为4个象限,在BGA中间则腾出一个较宽的地下通道,用作埋设从内部出来的多条回头线。分解成来自BGA的信号并将它们相连到其它电路牵涉到到多个关键步骤。

  第一步是确认BGA扇出有所需的过孔尺寸。过孔尺寸各不相同许多因素:器件间距,PCB厚度,以及必须从过孔的一个区域或一个周界布到另一个区域或另一个周界的走线数量。图3表明了与BGA有关的三个有所不同周界。周界是一个多边形边界,定义为环绕BGA球的一个矩阵或方形。

  图3:与BGA有关的三个有所不同周界。(Perimeter:周界)  经过第一行(水平)和对应第一列(横向)的虚线构成的是第一个周界,然后依序是第二个和第三个周界。

设计师从BGA最外的周界开始布线,然后大大向里回头,直到BGA球最里的周界。过孔尺寸用触点直径和球间距计算出来,如表格1右图。触点直径也是每个BGA球的焊盘直径。

  表格1:用于触点直径和球间距计算出来过孔尺寸。(录:Ballpitch:球间距LandDiameter:触点直径conductor(Line)andspacewidth(inm):导线(回头线)和空间宽度(m内)Assumesbotharethesame:假设两者都完全相同)  1Lineperchannel:每个地下通道的1条走线  2linesperchannel:每个地下通道2条走线  一旦已完成了Dogbone型扇出有,并且确认了特定的过孔焊盘尺寸,第二步就是定义从BGA转入电路板内层的走线宽度。

证实回头线宽度时要考虑到许多因素。表格1表明了走线宽度。

回头线之间拒绝的大于空间限定版了BGA包抄布线空间。最重要的是要告诉,增大回头线之间的空间将减少电路板生产成本。  两个过孔之间的区域被称作回头线地下通道。

邻接过孔焊盘之间的地下通道面积是信号布线必需经过的大于面积。表格1用来计算出来可以经过这个区域布线的走线数量。  如表格1右图,实行BGA信号包抄布线时必需符合回头线宽度和回头线间大于空间拒绝。

邻接过孔焊盘之间的地下通道面积是信号布线必需经过的大于面积。  地下通道面积CA=BGA间距-d,其中d是过孔焊盘直径。  可以经过这个区域布线的走线数量用表格2展开计算出来。

  表格2:计算出来经过等价地下通道面积的走线数量。


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