用于超精細間距的焊盤內(nèi)過孔技術(shù)

當使用焊盤內(nèi)過孔技術(shù)進行BGA訊號迂迴和布線時，過孔直接放在BGA焊盤上，并填充導(dǎo)電材料(通常是銀)，并提供平坦的表面。本文中的微型BGA焊盤內(nèi)過孔扇出范例采用0.4mm球或接腳間距以及18層PCB，包括8個訊號布線層。BGA布線通常要求更多的層數(shù)，但在此例中，層數(shù)不是問題，因為只用了少量的BGA球。關(guān)鍵問題仍然是微型BGA的0.4mm窄間距，以及頂層除了扇出以外不允許布線。其目標是既做到扇出微型BGA，又不至于負面影響PCB的制造。

 

圖5：BGA元件制造商提供的外形圖。
 

從圖5中可以看到，建議的焊盤尺寸是0.3mm(12mil)，而接腳間距是0.4mm(16mil)。由于焊盤之間的間距特別小，因此無法實現(xiàn)傳統(tǒng)的Dog bone型扇出圖案。即使小尺寸的過孔也無法用于Dog bone型扇出策略。這裡的小尺寸過孔是6mil的鉆孔和10mil的環(huán)形焊盤。另一個重要的機械性限制是電路板厚度，本例是93mil。

 

在此情況下，最方便的解決方案是使用焊盤內(nèi)微過孔。然而，微過孔尺寸不能超過3mil。但93mil的電路板厚度是一個限制因素。另外一個選項是盲孔和埋孔技術(shù)，但這些選項將會限制制造技術(shù)的選擇，而且還會增加成本。

 

為了能夠彈性選擇不同的制造商，93mil厚的電路板中鉆孔尺寸不能小于6mil，線寬不能小于4mil，否則只有幾家高階電路板制造商才能接手這個計畫，而且價格不菲。

 

圖6：這種扇出方法避免使用高階技術(shù)，而且不會影響訊號完整性。BGA接腳分成內(nèi)部接腳和外部接腳兩部份。
 

圖6所示的扇出方法可避免使用高階技術(shù)，而且不影響訊號完整性。BGA接腳被分成內(nèi)部和外部接腳兩個部份。焊盤內(nèi)過孔用于內(nèi)部，外部接腳在0.5mm閘格上扇出。

 

由于BGA焊盤的尺寸大約是0.3mm(12mil)，間距是0.4mm(16mil)，因此焊盤內(nèi)使用了6/10mil的過孔(孔/環(huán)尺寸)。外部擴展扇出使用相同的過孔。在內(nèi)部，過孔之間的間隙是6mil，這種標淮尺寸不至于引起制造問題。外部的過孔間隙是10mil。這個間隙可以走一條3mil的線，線與過孔距離是3.34mil。這種特別的策略允許從0.4mm間距微型BGA出來的所有訊號都能成功扇出，而且不會提出任何特殊的制造要求。

 

圖7：焊盤內(nèi)過孔用于內(nèi)部，而外部接腳在0.5mm閘格上扇出。圖7a顯示的是頂層(左)；圖7b顯示頂層和內(nèi)部布線層(右)。

 

不管是使用Dog bone還是焊盤內(nèi)過孔方法，基本步驟都是相同的，也就是要先確定正確的通道空間，包括定義過孔和焊盤的尺寸、線寬、阻抗要求和迭層。然而區(qū)別在于過孔安排和所用的過孔組合。

 

建議使用深度最多6層的盲孔/埋孔配置。層數(shù)再多會引起制造良率問題。最佳選擇是使用交錯過孔或堆迭過孔。交錯過孔允許更加精確的對位容差，因為它們不像堆迭過孔那樣強制要求完美對齊。

 

沒有這些步驟會出什么錯？

不管是用Dog bone還是焊盤內(nèi)過孔技術(shù)，可制造性和功能都是必須認真考慮的兩個重要方面。關(guān)鍵是要知道PCBA制造廠的生產(chǎn)限制。有些PCBA制造廠可以制造特別嚴格的設(shè)計，但如果產(chǎn)品淮備量產(chǎn)時，成本會很高。因此設(shè)計時重要的是必須考慮選用普通制造廠。

 

總之，從制造角度來看，必須考慮的關(guān)鍵因素包括層迭、過孔—孔洞的大小(取決于長寬比)、過孔－孔洞(最小3mil)、過孔—堆迭(堆迭還是交錯)、銅箔到銅箔距離(建議最小3mil)、銅箔到鉆孔距離(最小必須5mil)，以及用于裝配的BGA觸點的尺寸與錫球尺寸。在可制造性和功能方面總是存在折衷考慮。因此正確分析每個方面然后做出合適的決定至關(guān)重要。

 

另一方面，功能包括了訊號完整性、電源分布和電磁相容。這些可以分成以下幾個大類：

 

反射和傳輸線(單條線)：關(guān)鍵是阻抗控制。阻抗由線寬、電介質(zhì)厚度和參考平面所控制。

 

串擾(兩條或更多條線)：相同和相鄰層走線之間的距離是控制串擾的關(guān)鍵。每個訊號層之間放置接地層，對雜訊敏感或輻射雜訊走線周圍的保護走線接地，將有助于大幅減少串擾。

 

電源分布(軌破壞)：這是電源網(wǎng)路的電感。使電源和接地層相鄰并使用去藕電容器，有助于控制電源突波。

 

電磁干擾(系統(tǒng)破壞)：控制上述所有單元，同時保護整個PCB或?qū)﹄s訊敏感和產(chǎn)生雜訊的部份，有助于控制電磁干擾(EMI)。

 

這些措施對于整個產(chǎn)品來說也十分重要，在BGA區(qū)域尤其正確。因為所有訊號和電源彼此靠得很近，因此極具挑戰(zhàn)性。對于訊號特性的正確了解有助于從功能上決定哪個網(wǎng)路具有更高優(yōu)先順序。

 

在靠近BGA層中使用大面積的接地層有助于解決大多數(shù)訊號完整性的問題。盲孔的最大好處之一在于盲孔/埋孔中消除了分支長度，這對高頻訊號來說尤其重要。

 

本文小結(jié)

嵌入式設(shè)計的BGA封裝技術(shù)正穩(wěn)步進展，但訊號迂回布線仍有很大難度，極具有挑戰(zhàn)性。在選擇正確的扇出/布線策略時必須考慮本文討論的幾個關(guān)鍵因素以及遵循上述的一些策略，可望確保產(chǎn)品具有正確的型態(tài)、裝配與功能。