SMT技術(shù)順應(yīng)了智能電子產(chǎn)品小型化，輕型化的發(fā)展潮流，為實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的輕、薄、短、小打下了基礎(chǔ)。SMT技術(shù)在90年代也走向成熟的階段。但隨著電子產(chǎn)品向便攜式／小型化、網(wǎng)絡(luò)化方向的迅速發(fā)展，對(duì)電子組裝技術(shù)提出了更高的要求，其中BGA(Ball Grid Array 球柵陣列封裝)就是一項(xiàng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段的高密度組裝技術(shù)。 BGA技術(shù)的研究始于60年代，最早被美國(guó)IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA 才真正進(jìn)入實(shí)用化的階段。由于之前流行的類(lèi)似QFP封裝的高密管腳器件，其精細(xì)間距的局限性在于細(xì)引線(xiàn)易彎曲、質(zhì)脆而易斷，對(duì)于引線(xiàn)間的共平面度和貼裝精度的要求很高。 BGA技術(shù)采用的是一種全新的設(shè)計(jì)思維方式，它采用將圓型或者柱狀點(diǎn)隱藏在封裝下面的結(jié)構(gòu)，引線(xiàn)間距大、引線(xiàn)長(zhǎng)度短。這樣， BGA就消除了精細(xì)間距器件中由于引線(xiàn)問(wèn)題而引起的共平面度和翹曲的缺陷。 BGA是PCB上常用的元器件，通常80﹪的高頻信號(hào)及特殊信號(hào)將會(huì)由這類(lèi)型的封裝Footprint內(nèi)拉出。因此，如何處理BGA 器件的走線(xiàn)，對(duì)重要信號(hào)會(huì)有很大的影響。 通常的BGA器件如何走線(xiàn)？ 普通的BGA器件在布線(xiàn)時(shí)，一般步驟如下： 1.先根據(jù)BGA器件焊盤(pán)數(shù)量確定需要幾層板，進(jìn)行疊層設(shè)計(jì)。 2.然后對(duì)主器件BGA進(jìn)行扇出（即從焊盤(pán)引出一小段線(xiàn)，然后在線(xiàn)的末端放置一個(gè)過(guò)孔，以此過(guò)孔到達(dá)另一層）。 3.再然后從過(guò)孔處逃逸式布線(xiàn)到器件的邊緣，通過(guò)可用的層來(lái)進(jìn)行扇出，一直到所有的焊盤(pán)都逃逸式布線(xiàn)完畢。 扇出及逃逸時(shí)布線(xiàn)是根據(jù)適用的設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)進(jìn)行的。包括扇出控制 Fanout Control 規(guī)則，布線(xiàn)寬度 RouTIng Width 規(guī)則，布線(xiàn)過(guò)孔方式 RouTIng Via Style 規(guī)則，布線(xiàn)層 RouTIng Layers 規(guī)則和電氣間距 Electrical Clearance 規(guī)則。 如果規(guī)則設(shè)置的不合理，比如層數(shù)不夠，不限寬度太寬走不出來(lái)，過(guò)孔太大打不下孔，間距違犯安全距離等等，扇出都會(huì)失敗。當(dāng)扇出操作沒(méi)有反應(yīng)的時(shí)候，請(qǐng)檢查您的各處規(guī)則設(shè)置并進(jìn)行合適的修改，沒(méi)有問(wèn)題之后扇出才能成功。如下圖所示。每一層的走線(xiàn)顏色是不同的。 扇出對(duì)話(huà)框可讓你控制并定義扇出和逃逸式布線(xiàn)的相關(guān)選項(xiàng)，同時(shí)有些選項(xiàng)用于盲孔（層對(duì)之間的鉆孔，可在層棧管理器 Layer Stack Manager 對(duì)話(huà)框設(shè)置）。其他的選項(xiàng)包含是否在內(nèi)部行列扇出的同時(shí)扇出另外兩行列，以及是否僅有網(wǎng)絡(luò)分配到的焊盤(pán)被扇出。 極小BGA(0.4mm間距)器件該如何布線(xiàn)？ BGA因?yàn)槠浼庸すに噺?fù)雜，在設(shè)計(jì)階段除了考慮其功能設(shè)計(jì)之外，最主要還是要和PCB制板廠(chǎng)和貼片裝配廠(chǎng)溝通一下，不同的廠(chǎng)家所采取的工藝不同，能力也不一樣。對(duì)于加工制造成本方面，打樣和批量生產(chǎn)也不同。所以，BGA設(shè)計(jì)更重要的還要考慮加工成本，生產(chǎn)的良品率等等因素。 今天要聊的這款BGA可不是個(gè)省油的燈。這一類(lèi)BGA模塊設(shè)計(jì)已經(jīng)是刷新底線(xiàn)，屬于最小加工能力范疇。我們先來(lái)看看它的參數(shù)特征： BGA焊盤(pán)0.3mm(12mil) BGA中心間距是0.4mm(16mil) 焊盤(pán)與焊盤(pán)邊到邊的X Y方向均為0.1mm(4mil)。 焊盤(pán)與焊盤(pán)邊沿對(duì)角線(xiàn)方向均為0.27mm(10.8mil) 那么問(wèn)題來(lái)了！ 我們回顧一下對(duì)PCB加工板廠(chǎng)的最精密加工能力的介紹?，F(xiàn)在對(duì)主要的線(xiàn)寬線(xiàn)距和孔徑極限加工能力截圖如下： 這里各位看官注意了！最小線(xiàn)寬0.1mm(4mil)，最小安全間距0.1mm(4mil)，最小鐳射孔徑0.1mm(4mil)。咱也不考慮機(jī)械打孔了，激光孔都放不下！ 問(wèn)題1：線(xiàn)走不出來(lái)！——解決辦法：盲埋孔打孔方式替代通孔 如上圖所示，最小4mil線(xiàn)寬的線(xiàn)走不出來(lái)，因?yàn)殚g距只有0.1mm(4mil)。該BGA器件除了最外面一圈能走線(xiàn)出去，里面的線(xiàn)沒(méi)辦法布出來(lái)！所以通孔(Through Hole)是行不通的，它在每一層都會(huì)擋住里面焊盤(pán)的走線(xiàn)。只能采用盲埋孔，錯(cuò)層打孔錯(cuò)層布線(xiàn)。 問(wèn)題2：孔沒(méi)有地方打！——解決辦法：盤(pán)中孔(Via in Pad) 如上圖所示，最小激光孔0.1mm(4mil)沒(méi)辦法打在焊盤(pán)之間，因其焊盤(pán)邊沿對(duì)角線(xiàn)最大間距0.27mm。最小的孔打在中間也滿(mǎn)足不了最小間距4mil的安全規(guī)則。因此，只能打盤(pán)中孔。但是，盤(pán)中孔工藝復(fù)雜，需要后續(xù)處理，填孔塞孔，加電鍍，磨平表面等等工序。加工成本也會(huì)相應(yīng)增加。 極小BGA(0.4mm間距)器件的布線(xiàn)解決方案結(jié)論： 技術(shù)上只能進(jìn)行4層以上的多層板布線(xiàn)。BGA器件0.4mm球間距，0.3mm球焊盤(pán)直徑，需要做激光盲孔來(lái)做互聯(lián)(激光最小加工孔徑能力為 0.1mm），根據(jù)設(shè)計(jì)要求有可能做2階互聯(lián)；并且需要做盤(pán)中孔設(shè)計(jì)。 加工制造方工藝與成本考慮 含有BGA器件的PCB在設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了技術(shù)功能層面上的設(shè)計(jì)之外，還需要跟相應(yīng)的有此加工能力的PCB制造板廠(chǎng)溝通。包括制造工藝以及相應(yīng)的成本。不同的加工工藝會(huì)影響到將來(lái)的裝貼難度，產(chǎn)品的良品率。經(jīng)與某制造板廠(chǎng)(深圳市偉強(qiáng)森電子有限公司)工程技術(shù)人員溝通與咨詢(xún)，相對(duì)含有這款小間距BGA器件的PCB在設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)與加工工藝以及大概成本方面的反饋信息如下。 加工工藝方面，激光盲孔工藝需要做VCP側(cè)噴脈沖電鍍銅將盲孔填平，研磨后做負(fù)片酸性蝕刻來(lái)確保BGA的完整性，蝕刻后BGA最終尺寸在0.27mm~0.28mm。另外，因BGA間距小，加工過(guò)程需要注意事項(xiàng); 1.工程設(shè)計(jì)對(duì)BGA的補(bǔ)償處理，確保最終焊盤(pán)的要求； 2.阻焊開(kāi)窗，保證開(kāi)窗不能上BGA焊盤(pán)，否則影響貼裝； 3.油墨的選擇， 因間距比較小優(yōu)先選擇粘度高的綠色油墨； 4.表面處理工藝的選擇，通常BGA封裝的PCB板表面處理選擇相對(duì)平整的表面處理工藝，才能保證后面芯片錫球和PCB板的最佳貼裝效果； 表面工藝分：熱風(fēng)整平，沉金， 化銀， 化錫， OSP 等幾種表面工藝。OSP的助焊性最優(yōu)越，但需要注意保護(hù)氧化膜不被氧化和檫花。本文所用示例PCB，可以做OSP表面工藝。PCB表面處理做OSP后要求在3個(gè)月內(nèi)做完貼裝，否則影響焊接。成本方面OSP表面處理工藝相對(duì)加工成本低。 下面科普一下PCB加工制造的表面處理工藝： PCB表面處理目的： 表面處理最基本的目的是保證良好的可焊性或電性能。由于自然界的銅在空氣中傾向于以氧化物的形式存在，不大可能長(zhǎng)期保持為原銅，因此需要對(duì)銅進(jìn)行其他處理。雖然在后續(xù)的組裝中，可以采用強(qiáng)助焊劑除去大多數(shù)銅的氧化物，但強(qiáng)助焊劑本身不易去除，因此業(yè)界一般不采用強(qiáng)助焊劑。 現(xiàn)在業(yè)界有很多種表面處理工藝，常見(jiàn)的五種表面處理工藝。是熱風(fēng)整平（噴錫）、有機(jī)涂覆（OSP）、沉金、浸銀（化銀）和浸錫（化錫）這五種工藝，下面將逐一介紹。 熱風(fēng)整平（噴錫） 有機(jī)涂覆OSP板(OrganicSolderabilityPreservaTIves)