針對BGA封裝可編程邏輯器件設計的低成本布板技術

BGA封裝概述

　　為了滿足不斷變化的市場標準和更短的產品上市時間，可編程邏輯器件(PLD)越來越廣泛地應用于電路板和系統設計中。使用可編程邏輯器件能夠加快產品上市時間，并且相對于特定應用集成電路(ASIC)和特定應用標準產品(ASSP)而言，具有更大的設計靈活性。可編程邏輯器件因其新的產品架構具有降低功耗、新的封裝選擇和更低的單片成本的特點，從而為許多產品(如手持設備)所采用。典型的可編程邏輯器件應用包括：上電時序、電平轉換、時序控制、接口橋接、I/O擴展和分立邏輯功能。

　　日益復雜的系統要求推動了對于提高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BGA，精細間距BGA和芯片陣列BGA，已經很大程度上取代了在大多數PLD上最常用的四方扁平封裝(QFP)。BGA受到系統設計師的廣泛歡迎，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與電路板面積比，因為它比QFP封裝具有更小的封裝尺寸，因而也是空間受限應用的理想選擇。它可以節省電路板面積及其封裝本身的高度。BGA封裝的其他主要優點包括：更好的散熱性能、更小的未對準公差、可靠的封裝結構和經驗證的組裝流程。

　　系統設計師面臨的挑戰

　　隨著可編程邏輯器件的演變，BGA封裝向著引腳數增加，引腳間距減小的方向發展。引腳間距或焊球間距是指兩個相鄰引腳中心或焊球中心之間的距離。引腳間距對從PLD引出I/O的布線產生重大影響。更高引腳數和更小引腳間距的發展趨勢使得系統設計師面臨巨大挑戰，他們必須使用更激進的設計規則，通過先進的疊層和過孔技術以滿足設計要求。總而言之，這些因素大大增加了印刷電路板成本。本文探討了系統設計師可以在進行采用BGA封裝的PLD設計時，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、疊層技術和過孔技術的選擇、設計規則和布線技巧。

　　印刷電路板層數

　　印刷電路板的層數是影響印刷電路板成本的主要因素之一。術語“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的最重要因素。可以通過選擇適當的BGA breakout機制、疊層模型和過孔技術來使印刷電路板層數最小化。大多數可編程邏輯器件供應商提供BGA breakout技巧，以協助電路板設計和布局。這些技巧有助于優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于減少印刷電路板層數和制造成本的影響最大。疊層技術主要有兩種——FR-4層壓和高密度互連(HDI)。FR-4層壓疊層技術用于較大的電路設計，如電腦主板。HDI更適合于空間受限的應用，如手持設備。

　　多層印刷電路板使用過孔或電鍍通孔將信號從一層傳輸到另一層上。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部某一層之間連接。嵌入孔或埋孔提供了印刷電路板內部各層之間的連接。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。現在有幾種新的技術，使用環氧填充以及錫膜覆蓋過孔，也增加了電路板的成本。