针对BGA封装可编程逻辑器件设计的低成本布板技术

文章摘要：大多数的PLD供应商提供设计规则，如下面表格所示。这些设计规则有助于降低制造成本，而且得到大多数印刷电路板制造商的支持。表1：莱迪思半导体推荐的针对不同引脚间距封装的SMD焊盘表2：莱迪思半导体推荐的针对0.8mm引脚间距caBGA封装的MachXO和ispMach4000ZE器件的设计规则布线技巧一旦选定了合适的叠层技术、过孔模型和设计规则，Fanout过孔样式就成了影响使用了BGA breakout技术的电路板层数的最重要因素。下面的几个技巧有助于降低成本：引出引脚到器件周围使得更多的引脚可以布线在同一层上。当使用引脚间距小于0.8mm BGA时，引出前两排引脚的fanout过孔到器件周围

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　　大多数的PLD供应商提供设计规则，如下面表格所示。这些设计规则有助于降低制造成本，而且得到大多数印刷电路板制造商的支持。

表1：莱迪思半导体推荐的针对不同引脚间距封装的SMD焊盘

表2：莱迪思半导体推荐的针对0.8mm引脚间距caBGA封装的MachXO和ispMach4000ZE器件的设计规则

　　布线技巧

　　一旦选定了合适的叠层技术、过孔模型和设计规则，Fanout过孔样式就成了影响使用了BGA breakout技术的电路板层数的最重要因素。下面的几个技巧有助于降低成本：

　　引出引脚到器件周围使得更多的引脚可以布线在同一层上。当使用引脚间距小于0.8mm BGA时，引出前两排引脚的fanout过孔到器件周围并尽量远离BGA封装。将它们引得越远，可使得后两排引脚能够引出并布线在同一层上。这将有助于减少印刷电路板层数和制造成本。

　　使用北、南、东、西(NSEW)或偏重于层的走线来提高效率。当只有2至4层可用于BGA布线时，由于极高的布线密度，引出到每一层的各个方向(也称为NSEW布线)是合理的。但是，当可用于BGA的布线超过4层时，使用偏重于层的概念，即引出布线符合偏重于层，可更有效的布线。

　　采用四象限dog-bONe布线方法来增加布线密度。当在一层的各个方向上引出引脚时，如果引出布线和过孔样式(也称为dog-bone)在不同象限有不同的方向，则会有助于布线。这是一种增加布线密度的有效方式。下图显示了一个四象限dog-bone布线示例。

图1：用于7x7mm，0.5mm引脚间距，144球型csBGA封装的ispMACH 4000ZE(LC4256ZE-MN144)的四象限dog-bone样式fanout示例。

　　请注意四象限dog-bone布线增加了象限中央原点处行与列的布线通道。这个空间可用于更多信号的布线。在电路板上，该列和行的布线通道适合用于放置添加电容和上拉电阻。四象限dog-bone布线与焊盘内过孔(via-in-pad)方式相比具有更低成本以及更低风险的焊接问题。

　　使用焊盘内过孔为引出引脚布线提供空间。使用焊盘内过孔方式可以留出焊盘与焊盘之间的空间，用于其他信号的布线。顾名思义，BGA球型焊盘的中心可以做成通孔。图2展示了这个技巧。

图2：8x8mm，0.5mm引脚间距，132球型csBGA封装的MachXO PLD(LCMXO640-M132/MN132)使用焊盘内过孔引出引脚布线的示例。

　　三行BGA球型焊盘如图所示。中间行使用焊盘内过孔。当装配电源层或者地层时，这种技巧是最有用的，因为它实现了BGA下面连续的电源层或地层。当使用焊盘内过孔，我们必须记住，由于从fanout和过孔引出引脚的布线方式使得BGA下方电路板的背面可以用于电容和电阻的空间较少。

　　对齐盲孔以增加布线密度。当使用盲孔时，在行和列方向上对齐盲孔是增加布线密度的一个非常有效的方法。特别是当使用多引脚数的BGA时最为有效，并且此时引出器件引脚是影响电路板层数的主要因素。

　　使用微孔的HDI叠层技术来减少电路板层数。微孔与HDI有着密不可分的联系。使用微孔对于减少HDI叠层电路板层数是非常重要的。

　　本文小结

　　随着每一代球型BGA封装的引脚间距越来越小，需要开发新的印刷电路板制造工艺和信号过孔类型来处理更高的布板复杂度。通过查看可编程逻辑器件球型封装密度和引脚间距、应用的I/O信号要求，以及印刷电路板制造设备在生产上的限制，系统设计人员可以更好地作出设计决策之间的权衡。大多数可编程逻辑器件供应商在他们的网站上发布了印刷电路板布局技巧和BGA breakout示例。系统设计人员可以利用这些信息来降低印刷电路板成本。

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