針對(duì)BGA封裝可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的低成本布板技術(shù)

BGA封裝概述

　　為了滿足不斷變化的市場標(biāo)準(zhǔn)和更短的產(chǎn)品上市時(shí)間，可編程邏輯器件(PLD)越來越廣泛地應(yīng)用于電路板和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。使用可編程邏輯器件能夠加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并且相對(duì)于特定應(yīng)用集成電路(ASIC)和特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)而言，具有更大的設(shè)計(jì)靈活性。可編程邏輯器件因其新的產(chǎn)品架構(gòu)具有降低功耗、新的封裝選擇和更低的單片成本的特點(diǎn)，從而為許多產(chǎn)品(如手持設(shè)備)所采用。典型的可編程邏輯器件應(yīng)用包括：上電時(shí)序、電平轉(zhuǎn)換、時(shí)序控制、接口橋接、I/O擴(kuò)展和分立邏輯功能。

　　日益復(fù)雜的系統(tǒng)要求推動(dòng)了對(duì)于提高PLD邏輯密度和增加I/O引腳的需求。因此，球柵陣列(BGA)成為了PLD可選的封裝方式。BGA封裝選擇，如片級(jí)BGA，精細(xì)間距BGA和芯片陣列BGA，已經(jīng)很大程度上取代了在大多數(shù)PLD上最常用的四方扁平封裝(QFP)。BGA受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的廣泛歡迎，主要是由于其具有較高的I/O密度，從而大大提高了引腳數(shù)與電路板面積比，因?yàn)樗萉FP封裝具有更小的封裝尺寸，因而也是空間受限應(yīng)用的理想選擇。它可以節(jié)省電路板面積及其封裝本身的高度。BGA封裝的其他主要優(yōu)點(diǎn)包括：更好的散熱性能、更小的未對(duì)準(zhǔn)公差、可靠的封裝結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)證的組裝流程。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著可編程邏輯器件的演變，BGA封裝向著引腳數(shù)增加，引腳間距減小的方向發(fā)展。引腳間距或焊球間距是指兩個(gè)相鄰引腳中心或焊球中心之間的距離。引腳間距對(duì)從PLD引出I/O的布線產(chǎn)生重大影響。更高引腳數(shù)和更小引腳間距的發(fā)展趨勢(shì)使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨巨大挑戰(zhàn)，他們必須使用更激進(jìn)的設(shè)計(jì)規(guī)則，通過先進(jìn)的疊層和過孔技術(shù)以滿足設(shè)計(jì)要求?？偠灾@些因素大大增加了印刷電路板成本。本文探討了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在進(jìn)行采用BGA封裝的PLD設(shè)計(jì)時(shí)，用以降低電路板成本的一些技巧。

　　影響印刷電路板制造成本的因素

　　印刷電路板的制造成本是許多電子產(chǎn)品的主要考慮因素。各種影響印刷電路板成本的因素有：印刷電路板層數(shù)、疊層技術(shù)和過孔技術(shù)的選擇、設(shè)計(jì)規(guī)則和布線技巧。

　　印刷電路板層數(shù)

　　印刷電路板的層數(shù)是影響印刷電路板成本的主要因素之一。術(shù)語“BGA breakout”是指在印刷電路板正常布線之前，fanout和引出引腳布線到器件周圍。BGA breakout是影響印刷電路板層數(shù)的最重要因素?？梢酝ㄟ^選擇適當(dāng)?shù)腂GA breakout機(jī)制、疊層模型和過孔技術(shù)來使印刷電路板層數(shù)最小化。大多數(shù)可編程邏輯器件供應(yīng)商提供BGA breakout技巧，以協(xié)助電路板設(shè)計(jì)和布局。這些技巧有助于優(yōu)化印刷電路板的制造并降低成本。

　　疊層和過孔模型

　　疊層和過孔模型的選擇對(duì)于減少印刷電路板層數(shù)和制造成本的影響最大。疊層技術(shù)主要有兩種——FR-4層壓和高密度互連(HDI)。FR-4層壓疊層技術(shù)用于較大的電路設(shè)計(jì)，如電腦主板。HDI更適合于空間受限的應(yīng)用，如手持設(shè)備。

　　多層印刷電路板使用過孔或電鍍通孔將信號(hào)從一層傳輸?shù)搅硪粚由?。過孔類型主要有四種：通孔、盲孔、埋孔(或嵌入孔)和微孔。

　　通孔提供了貫通印刷電路板頂層和底層的連接。盲孔提供了頂層或底層與印刷電路板內(nèi)部某一層之間連接。嵌入孔或埋孔提供了印刷電路板內(nèi)部各層之間的連接。微孔是激光鉆孔而成的極小的孔，提供了多層電路板中幾層板之間的電氣連接。微孔用于HDI電路板。

　　通常情況下，采用通孔的層壓印刷電路板的制造成本最低，采用微孔的HDI疊層板的制造成本最高。采用盲孔或埋孔的層壓板的制造成本比采用通孔的層壓板高，而比采用微孔的HDI疊層板的成本低。現(xiàn)在有幾種新的技術(shù)，使用環(huán)氧填充以及錫膜覆蓋過孔，也增加了電路板的成本。