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BGA扇出设计规范
昨天 14:35   浏览:195   作者:小萍子

今天聊几件实在的事:不同间距的BGA该怎么扇出、信号层数怎么估算、过孔怎么放才不会把地和电源平面切成筛子。

一、三种扇出方式,你得先选对

狗骨式(Dog-bone):焊盘旁边放过孔,中间连一小段走线。适合pitch≥0.5mm的BGA,成本最低,维修也方便。拿0.8mm pitch的BGA来说,用8/16mil或8/18mil的过孔(孔径8mil/焊环16~18mil),两个过孔之间勉强能走一根5mil线。有个细节很多人不注意——「狗骨头」那段短线控制在5~8mil以内,不然就是个高频stub,10GHz以上的信号在上面反射得你怀疑人生。

盘中孔(Via-in-Pad):过孔直接打在焊盘上,信号往内层引。pitch<0.5mm的BGA基本没得选,只能用这个。但过孔必须做树脂填孔+电镀盖平,否则回流焊时锡膏跑进孔里,直接虚焊。成本比狗骨式高不少,不过通道利用率最大。

微孔(Microvia):0.5mm及以下pitch的BGA,常规机械钻孔的过孔根本塞不进去。0.5mm间距两颗焊球之间净空间只有大约9~10mil,只能上激光钻微孔。微孔深径比一般控制在1:1以内——孔径3mil的微孔,介质层厚度不能超过3mil。多层BGA还需要微孔叠孔(stacked)或交错孔(staggered)来逐层往下换。

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图1:信号层数估算公式

二、信号层数估算——BGA布线前必须算的一笔账

看你的BGA最密的一侧有几排信号引脚(不含地/电源),除以2,就是你最少需要的信号层数。前提是每层能做两排引脚的扇出。pitch越小、过孔越大,单层能做的排数越少,层数就得往上加。

举个例子:10排信号引脚的BGA,最少要5个信号层来逃逸。加上2层地平面和1~2层电源平面,整板8~10层起步。8排引脚的话,4信号层+2地+1电源,7~8层比较合理。pitch小到0.5mm以下,每层只能做一排扇出,信号层数直接翻倍。

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图2:微孔深径比限制

三、外两圈的处理——别浪费最宝贵的资源

最外圈没什么技巧,4mil线宽直接TOP层拉出,间距满足板厂工艺就行,一般是4~5mil。

第二圈有讲究:走线要从最外圈两个焊盘的正中间穿过去。4mil线宽,栅格对齐,保证走线严格位于两个球中心。栅格设成pitch的一半或四分之一,对得准、复制快。

外两圈如果浪费了不走线,回头内圈更难扇出——这是很多新手踩过的坑。

四、内圈换层——孔打不好,信号回不来

从第三排开始,外层通道不够了,必须打孔换层。这个阶段最大的坑是:打孔没有规律,地和电源平面被切得支离破碎。

推荐策略:每2~4排信号引脚放一排换层过孔,然后空一排不打孔。空出来的这一排,就是留给地平面和电源平面连通的「走廊」。换层过孔放在焊盘正中心,和内层走线方向对齐。两个过孔之间在内层可以走3.5mil宽的线,兼顾阻抗控制和制造能力。

地平面如果没有这些走廊,回流路径被过孔阵拦腰截断,信号完整性直接完蛋——差模转共模、EMI飙升,实测能多出10~15dB的辐射。电源平面的DC压降也会变大,大电流场景下IR drop能从20mV飙到80mV以上。

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图3:过孔残桩长度限制公式

五、几条零散的规矩,但每条都能救命

过孔焊环到SMT焊盘边缘至少留3~4mil,不然阻焊桥可能断开,回流焊容易桥连——这在0.65mm以下pitch的BGA上尤其要小心。

BGA芯片距板边至少7~10mm。板边热应力大,焊点可靠性差,靠近板边焊点失效率能高出一个数量级。

差分对在BGA区域也要保持耦合,换层时两个过孔尽可能对称放置,距离不要超过pitch的1.5倍。

优先扇出电源和地引脚,再处理高速差分,最后走普通IO——这个顺序反了,后面得推倒重来。

六、核心参数速查表


推荐过孔 (孔径/焊环)

线宽/间距

扇出方式

1.0 mm

12/22 mil

5/5 mil

Dog-bone

0.8 mm

8/16~18 mil

5/4 mil

Dog-bone

0.65 mm

8/16 mil

4/4 mil

Dog-bone (不过线)

0.5 mm

激光微孔 4/10 mil

3.5/3.5 mil

Via-in-Pad / Microvia

0.4 mm

激光微孔 3/9 mil

3/3 mil

Via-in-Pad + 填孔


总结

搞BGA布线,说到底就是空间分配的事。外圈别浪费、内圈别乱打孔、地平面别切太碎——这三个原则抓住了,8层板照样能搞定10排引脚的BGA。至于具体pitch选什么过孔、走多宽的线,上面的表格已经给你标清楚了。



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