隨著電子產(chǎn)品向便攜式/小型化、網(wǎng)絡化方向的迅速發(fā)展，對電子組裝技術提出了更高的要求，其中BGA(Ball Grid Array 球柵陣列封裝)就是一項已經(jīng)進入實用化階段的高密度組裝技術。
BGA技術的研究始于60年代，最早被美國IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA 才真正進入實用化的階段。由于之前流行的類似QFP封裝的高密管腳器件，其精細間距的局限性在于細引線易彎曲、質(zhì)脆而易斷，對于引線間的共平面度和貼裝精度的要求很高。 BGA技術采用的是一種全新的設計思維方式，它采用將圓型或者柱狀點隱藏在封裝下面的結構，引線間距大、引線長度短。這樣， BGA就消除了精細間距器件中由于引線問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﹪的高頻信號及特殊信號將會由這類型的封裝Footprint內(nèi)拉出。因此，如何處理BGA 器件的走線，對重要信號會有很大的影響。
通常的BGA器件如何走線？
普通的BGA器件在布線時，一般步驟如下：
1、先根據(jù)BGA器件焊盤數(shù)量確定需要幾層板，進行疊層設計。
2、然后對主器件BGA進行扇出（即從焊盤引出一小段線，然后在線的末端放置一個過孔，以此過孔到達另一層）。
3、再然后從過孔處逃逸式布線到器件的邊緣，通過可用的層來進行扇出，一直到所有的焊盤都逃逸式布線完畢。
扇出及逃逸時布線是根據(jù)適用的設計規(guī)則來進行的。包括扇出控制 Fanout Control 規(guī)則，布線寬度 RouTIng Width 規(guī)則，布線過孔方式 RouTIng Via Style 規(guī)則，布線層 RouTIng Layers 規(guī)則和電氣間距 Electrical Clearance 規(guī)則。 如果規(guī)則設置的不合理，比如層數(shù)不夠，不限寬度太寬走不出來，過孔太大打不下孔，間距違犯安全距離等等，扇出都會失敗。當扇出操作沒有反應的時候，請檢查您的各處規(guī)則設置并進行合適的修改，沒有問題之后扇出才能成功。如下圖所示。每一層的走線顏色是不同的。
扇出對話框可讓你控制并定義扇出和逃逸式布線的相關選項，同時有些選項用于盲孔（層對之間的鉆孔，可在層棧管理器 Layer Stack Manager 對話框設置）。其他的選項包含是否在內(nèi)部行列扇出的同時扇出另外兩行列，以及是否僅有網(wǎng)絡分配到的焊盤被扇出。
極小BGA(0.4mm間距)器件該如何布線？
BGA因為其加工工藝復雜，在設計階段除了考慮其功能設計之外，最主要還是要和PCB制板廠和貼片裝配廠溝通一下，不同的廠家所采取的工藝不同，能力也不一樣。對于加工制造成本方面，打樣和批量生產(chǎn)也不同。所以，BGA設計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可不是個省油的燈。這一類BGA模塊設計已經(jīng)是刷新底線，屬于最小加工能力范疇。我們先來看看它的參數(shù)特征：
BGA焊盤0.3mm(12mil)
BGA中心間距是0.4mm(16mil)
焊盤與焊盤邊到邊的X Y方向均為0.1mm(4mil)。
焊盤與焊盤邊沿對角線方向均為0.27mm(10.8mil)。
那么問題來了！
我們回顧一下之前一篇博文“規(guī)則設置如何應用于我的pcb設計？-——-pcb制造線寬線距與孔徑”，里面有對PCB加工板廠的最精密加工能力的介紹。現(xiàn)在對主要的線寬線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)。咱也不考慮機械打孔了，激光孔都放不下！
問題1：線走不出來！——解決辦法：盲埋孔打孔方式替代通孔
如上圖所示，最小4mil線寬的線走不出來，因為間距只有0.1mm(4mil)。該BGA器件除了最外面一圈能走線出去，里面的線沒辦法布出來！所以通孔(Through Hole)是行不通的，它在每一層都會擋住里面焊盤的走線。只能采用盲埋孔，錯層打孔錯層布線。
問題2：孔沒有地方打！——解決辦法：盤中孔(Via in Pad)
如上圖所示，最小激光孔0.1mm(4mil)沒辦法打在焊盤之間，因其焊盤邊沿對角線最大間距0.27mm。最小的孔打在中間也滿足不了最小間距4mil的安全規(guī)則。因此，只能打盤中孔。但是，盤中孔工藝復雜，需要后續(xù)處理，填孔塞孔，加電鍍，磨平表面等等工序。加工成本也會相應增加。
極小BGA(0.4mm間距)器件的布線解決方案結論：
技術上只能進行4層以上的多層板布線。BGA器件0.4mm球間距，0.3mm球焊盤直徑，需要做激光盲孔來做互聯(lián)(激光最小加工孔徑能力為 0.1mm），根據(jù)設計要求有可能做2階互聯(lián)；并且需要做盤中孔設計。
加工制造方工藝與成本考慮
含有BGA器件的PCB在設計的時候，除了技術功能層面上的設計之外，還需要跟PCB制造板廠溝通。包括制造工藝以及相應的成本。不同的加工工藝會影響到將來的裝貼難度，產(chǎn)品的良品率。
加工工藝方面，激光盲孔工藝需要做VCP側噴脈沖電鍍銅將盲孔填平，研磨后做負片酸性蝕刻來確保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，加工過程需要注意如下事項：
1、工程設計對BGA的補償處理，確保最終焊盤的要求；
2、阻焊開窗，保證開窗不能上BGA焊盤，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表面處理工藝相對加工成本低。
關于盤中孔塞孔技術
隨著電子產(chǎn)品向輕、薄、小的方向發(fā)展， PCB 也推向了高密度、高難度發(fā)展。根據(jù)IPC-2226定義，HDI是指單位面積布線密度高于常規(guī)印刷電路板。與常規(guī)PCB技術相比，這些電路板采用更細的導線和間隙（≤ 100 µm/0.10 mm）、更小的導通孔（<150 µm）和焊盤（<400 µm/0.40 mm），以及更高的焊盤密度（>20 焊盤/cm2）。HDI板中經(jīng)常會用到盤中孔，而且對盤中孔要求塞孔 , 因此對塞孔的要求也越來越高。 如 : 不得有阻焊油墨入孔，造成孔內(nèi)藏錫珠；不許有爆油、造成 貼裝元器件難以貼裝等。
印制板塞孔程序是印制板制作工藝和表面貼裝技術提出的更高要求中而產(chǎn)生的一個過程，其塞孔作用有以下幾點：
1、防止 PCB 過波峰焊時錫從導通孔貫穿元件面造成短路
2、避免助焊劑殘留在導通孔內(nèi)
3、防止過波峰焊時錫珠彈出，造成短路
4、防止表面錫膏流入孔內(nèi)造成虛焊，影響貼裝
5、盤中孔塞孔最難控制的就是孔內(nèi)有錫珠或油墨上焊盤， 也就是所謂的爆油現(xiàn)象。另外還必須要保持焊盤表面平整，方便器件裝貼。
對于塞孔大致可分為三種：油墨塞孔，樹脂塞孔（電鍍封孔）和電鍍填孔。
油墨塞孔用于PCB中普通過孔，孔內(nèi)塞完之后，表面是油墨，不會導電。多數(shù)產(chǎn)品（不包括電鍍封孔）的首選塞孔方式是”IPC 4761 Type VI” —– 塞孔和覆蓋。目標塞孔深度是完全填充，而NCAB通用規(guī)范界定為塞孔深度≥70%則可接受。下圖為按照IPC4761 VI采用阻焊塞孔的圖示。孔口與PCB表面是油墨覆蓋。BGA盤中孔不可以進行油墨塞孔，因為油墨塞孔焊盤處不平整，也無導電性。更不能貼片了。
樹脂塞孔（電鍍封孔）是指對過孔做填平處理并使其表面完全金屬化，表面銅鍍層厚度需要至少達到IPC 2級標準的5 µm，或3級標準的12 µm。因此填充材料必須是環(huán)氧樹脂，而不能是阻焊，因為環(huán)氧樹脂可最大限度降低產(chǎn)生氣泡或焊接過程中填料膨脹的風險。這就是IPC-4761 VII型 – 填充和覆蓋的塞孔方式，通常用于盤中孔或高密度BGA區(qū)域。BGA盤中孔進行樹脂塞孔后，再進行表面電鍍一層銅，然后再磨平。這樣就可以進行貼片安裝了。
電鍍填孔：電鍍填孔后，焊盤會更加平整。 就是孔里全部用銅填滿，再表面磨平， 可以過大的電流。但是成本相對會貴很多。
加工制造成本大概區(qū)別
在加工制造方面考慮。多層板肯定價格高于雙面板，盲埋孔肯定價格高于普通通孔，盤中孔肯定價格高于非盤中孔。
總之，對于極小間距BGA器件，比如0.4mm球間距，0.3mm球徑，XY方向焊盤邊沿間距0.1mm，對角線方向0.27mm的微小BGA，其布線策略基本上需要多層板，盤中孔，激光盲埋孔。線寬線距4mil，微孔4mil/8mil。如遇管腳數(shù)量特別多的情況，還需要進行2階或多階互聯(lián)來進行布線。
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