Das erfolgreiche Designen eines BGA

Charley Yap
|  Created: February 21, 2017  |  Updated: September 25, 2020

Was ist BGA und welche PCB-Designregeln gibt es?

Was ist BGA und welche PCB-Designregeln gibt es?

Aktuell wird die Norm zur Aufbewahrung verschiedener fortschrittlicher und vielseitiger Halbleiterbauteile wie FPGA und Mikroprozessoren durch eine Geräteverpackung in Form einer Kugelgitteranordnung („Ball Grid Array“ – BGA) erfüllt. BGA-Verpackungen für integrierte Designs haben sich in den vergangenen Jahren enorm weiterentwickelt, um mit dem technologischen Fortschritt der Chiphersteller Schritt zu halten.  Diese spezifische Verpackungsart kann in Standard-BGA und Mikro-BGA unterteilt werden. Angesichts der heutigen Elektrotechnologie stellt die Nachfrage nach I/O-Verfügbarkeit aufgrund unterschiedlicher Ausstiegswege mehrere Herausforderungen dar, selbst für erfahrene PCB-Designer. Wie sehen die Strategien aus, die wir verwenden können, um diese BGA PCB-Designherausforderungen erfolgreich zu meistern?

Ball Grid Array Strategie 1: Definition passender Ausstiegswege

Die größte Herausforderung, mit der sich PCB-Designer konfrontiert sehen, ist die Entwicklung passender Ausstiegswege, die nicht zu PCB-Herstellungsfehlern oder anderen Problemen führen. Es gibt verschiedene Leiterplattenvorgaben, die eingehalten werden müssen, um eine funktionierende Routing-Strategie des Auffächerns zu gewährleisten, darunter die Größe von Kontaktstelle und Durchsteiger, die Anzahl der I/O Pins, die Anzahl der benötigten Schichten, um das BGA aufzufächern und der Abstand der Leiterbahnbreite.

Ball Grid Array Strategie 2: Benötigte Schichten festlegen

Außerdem stellt sich die Frage, wie viele Schichten ein PCB-Layout haben sollte – eine Entscheidung, die nie leichtfällt. Mehr Schichten bedeuten, dass die Gesamtkosten des Produkts steigen. Andererseits benötigt man manchmal aber mehr Schichten, um den Lärmpegel einzudämmen, dem die Leiterplatte ausgesetzt sein könnte.

Sobald man die Leiterbahn- und Raumbreite des PCB-Designs, die Größe des Durchsteigers und die Anzahl der Leiterbahnen in einem einzelnen Kanal festgelegt hat, kann man die Anzahl der benötigten Schichten bestimmen. Am besten schränkt man die Verwendung von I/O Pins ein, um weniger Schichten zu benötigen. Allgemein benötigen die ersten zwei äußeren Seiten des Geräts keine Durchsteiger, während Durchsteiger im inneren Bereich gebraucht werden, die unterhalb davon geleitet werden.

Viele Designer nennen dies einen Hundeknochen. Es handelt sich um eine kurze Leiterbahn von der Kontaktstelle des Ball Grid Array Geräts mit einem Durchsteiger am anderen Ende. Der Hundeknochen fächert auf und teilt das Gerät in vier Abschnitte. So werden die verbleibenden inneren Kontaktstellen durch eine weitere Schicht zugänglich gemacht und bieten einen Ausstiegsweg direkt am Rand des Geräts. Dieser Vorgang wird fortgeführt, bis alle Kontaktstellen komplett aufgefächert sind.

Aufteilung eines BGA-Designs in vier Abschnitte für einfacheren Kontaktstellenzugang
Aufteilung eines BGA-Designs in vier Abschnitte für einfacheren Kontaktstellenzugang

Erfahren Sie mehr über BGA Designstrategien

Das Designen eines Ball Grid Array ist keine einfache Aufgabe. Man benötigt einige Design Rule Checks (DRC), um einen angemessenen Breitenabstand für alle Leiterbahnen zu gewährleisten, außerdem sollte man genau überprüfen, wie viele Schichten benötigt werden, um ein erfolgreiches Design zu erhalten. Mit der raschen Weiterentwicklung der Technologie mehren sich auch die Herausforderungen für Designer, die ihre Designs in extrem enge Räume leiten müssen.

BGA PCB-Designregeln sind wichtig; erfahren Sie mehr darüber, wie Sie ein BGA erfolgreich in Ihrer PCB-Designsoftware erstellen können, indem Sie das kostenlose Infoblatt herunterladen.

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Charley arbeitet derzeit als Field Application Engineer bei Altium und ist verantwortlich für die technische Unterstützung der Corporate Strategic Account Manager, Sales Manager, Reseller und Anwendungsingenieure. Außerdem ist er für den Aufbau und das Management technischer Beziehungen zu Kunden, Partnern und Branchenführern zuständig. Charley schloss sein Studium an der University of California in San Diego mit dem Schwerpunkt Elektrotechnik ab, wobei er sich auf Energietechnik spezialisierte. Er konzentriert sich jedoch seit 7 Jahren auf die EDA-Industrie.

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