高速 PCB 设计指南之二（二）

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2、 BGA 与 CAP
ＢＧＡ封装已经发展到满足现在的焊接安装技术。塑料与陶瓷ＢＧＡ元件具有相对广泛
的接触间距（１．５０，１．２７和１．００ｍｍ），而相对而言，芯片规模的ＢＧＡ栅格
间距为０．５０，０．６０和０．８０ｍｍ。ＢＧＡ与密间距ＢＧＡ元件两者相对于密间距
引脚框架封装的ＩＣ都不容易损坏，并且ＢＧＡ标准允许选择性地减少接触点，以满足特殊
的输入／输出（Ｉ／Ｏ）要求。当为ＢＧＡ元件建立接触点布局和引线排列时，封装开发者
必须考虑芯片设计以及芯片块的尺寸和形状。在技术引线排列时的另一个要面对的问题是芯
片的方向?芯片模块的焊盘向上或向下　。芯片模块“面朝上”的结构通常是当供应商正在
使用ＣＯＢ（ｃｈｉｐ－ｏｎ－ｂｏａｒｄ）（内插器）技术时才采用的。
元件构造，以及在其制造中使用的材料结合，不在这个工业标准与指引中定义。每一
个制造商都将企图将其特殊的结构胜任用户所定义的应用。例如?消费产品可能有一个相对
良好的工作环境，而工业或汽车应用的产品经常必须运行在更大的压力条件下。取决于制造
ＢＧＡ所选择材料的物理特性，可能要使用到倒装芯片或引线接合技术。因为芯片安装结构
是刚性材料，芯片模块安装座一般以导体定中心，信号从芯片模块焊盘走入接触球的排列矩
阵。
在该文件中详细叙述的栅格阵列封装外形在ＪＥＤＥＣ的９５出版物中提供。方形Ｂ
ＧＡ，ＪＥＤＥＣ ＭＳ－０２８定义一种较小的矩形塑料ＢＧＡ元件类别，接触点间隔为
１．２７ｍｍ。该矩阵元件的总的外形规格允许很大的灵活性，如引脚间隔、接触点矩阵布
局与构造。ＪＥＤＥＣ ＭＯ－１５１定义各种塑料封装的ＢＧＡ。方形轮廓覆盖的尺寸从
７．０－５０．０，三种接触点间隔 － １．５０，１．２７和１．００ｍｍ。
球接触点可以单一的形式分布，行与列排列有双数或单数。虽然排列必须保持对整个
封装外形的对称，但是各元件制造商允许在某区域内减少接触点的位置

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3、芯片规模的 BGA 变量
针对“密间距”和“真正芯片大小”的ＩＣ封装，最近开发的ＪＥＤＥＣ ＢＧＡ指引
提出许多物理属性，并为封装供应商提供“变量”形式的灵活性。ＪＥＤＥＣ ＪＣ－１１
批准的第一份对密间距元件类别的文件是注册外形ＭＯ－１９５，具有基本０．５０ｍｍ间
距接触点排列的统一方形封装系列。
封装尺寸范围从４．０－２１．０ｍｍ，总的高度(定义为“薄的轮廓” )限制到从贴
装表面最大为１．２０ｍｍ。下面的例子代表为将来的标准考虑的一些其它变量。
球间距与球尺寸将也会影响电路布线效率。许多公司已经选择对较低Ｉ／Ｏ数的ＣＳ
Ｐ不采用０．５０ｍｍ间距。较大的球间距可能减轻最终用户对更复杂的印刷电路板(ＰＣ
Ｂ)技术的需求。
０．５０ｍｍ的接触点排列间隔是ＪＥＤＥＣ推荐最小的。接触点直径规定为０．３
０ｍｍ，公差范围为最小０．２５、最大０．３５ｍｍ。可是大多数采用０．５０ｍｍ间距
的ＢＧＡ应用将依靠电路的次表面布线。直径上小至０．２５ｍｍ的焊盘之间的间隔宽度只
够连接一根０．０８ｍｍ（０．００３″）宽度的电路。将许多多余的电源和接地触点分布
到矩阵的周围，这样将提供对排列矩阵的有限渗透。这些较高Ｉ／Ｏ数的应用更可能决定于
多层、盲孔或封闭的焊盘上的电镀旁路孔(ｖｉａ－ｏｎ－ｐａｄ)技术。

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4、考虑封装技术
元件的环境与电气性能可能是与封装尺寸一样重要的问题。用于高密度、高Ｉ／Ｏ应用
的封装技术首先必须满足环境标准。例如，那些使用刚性内插器(ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ)结
构的、由陶瓷或有机基板制造的不能紧密地配合硅芯片的外形。元件四周的引线接合座之间
的互连必须流向内面。μＢＧＡ* 封装结构的一个实际优势是它在硅芯片模块外形内提供所
有电气界面的能力。
μＢＧＡ使用一种高级的聚酰胺薄膜作为其基体结构，并且使用半加成铜电镀工艺来
完成芯片上铝接合座与聚酰胺内插器上球接触座之间的互连。依顺材料的独特结合使元件能
够忍受极端恶劣的环境。这种封装已经由一些主要的ＩＣ制造商用来满足具有广泛运作环境
的应用。
超过２０家主要的ＩＣ制造商和封装服务提供商已经采用了μＢＧＡ封装。定义为 “面
朝下”的封装，元件外形密切配合芯片模块的外形，芯片上的铝接合焊盘放于朝向球接触点
和ＰＣＢ表面的位置。这种结构在工业中有最广泛的认同，因为其建立的基础结构和无比的
可靠性。μＢＧＡ封装的材料与引脚设计的独特系统是在物理上顺应的，补偿了硅芯片与Ｐ
ＣＢ结构的温度膨胀系统的较大差别

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5、安装座计划
推荐给ＢＧＡ元件的安装座或焊盘的几何形状通常是圆形的， 可以调节直径来满足接触
点间隔和尺寸的变化。焊盘直径应该不大于封装上接触点或球的直径，经常比球接触点规定
的正常直径小１０％。在最后确定焊盘排列与几何形状之前，参考ＩＰＣ－ＳＭ－７８２第
１４．０节或制造商的规格。
有两种方法用来定义安装座：定义焊盘或铜，定义阻焊，如图三所示。
图三、ＢＧＡ的焊盘可以通过化学腐蚀的图案来界定，无阻焊层或有阻焊层叠加在焊盘圆周
上（阻焊层界定）。
铜定义焊盘图形 － 通过腐蚀的铜界定焊盘图形。阻焊间隔应该最小离腐蚀的铜焊盘
０．０７５ｍｍ。对要求间隔小于所推荐值的应用，咨询印制板供应商。
阻焊定义焊盘图形 － 如果使用阻焊界定的图形，相应地调整焊盘直径，以保证阻焊的
覆盖。
ＢＧＡ元件上的焊盘间隔活间距是“基本的”，因此是不累积的；可是，贴装精度和Ｐ
ＣＢ制造公差必须考虑。如前面所说的，ＢＧＡ的焊盘一般是圆形的、阻焊界定或腐蚀?阻
焊脱离焊盘界定的。虽然较大间距的ＢＧＡ将接纳电路走线的焊盘之间的间隔，较高Ｉ／
Ｏ的元件将依靠电镀旁路孔来将电路走到次表面层。表七所示的焊盘几何形状推荐一个与名
义标准接触点或球的直径相等或稍小的直径。?

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表七、 BGA 元件安装的焊盘图形
接触点间距
（基本的） 标准球直径 焊盘直径 (mm)
最小 名义 最大 最小 - 最大
0.05 0.25 0.30 0.35 0.25-0.30
0.65 0.25 0.30 0.35 0.25-0.30
0.65 0.35 0.40 0.45 0.35-0.40
0.80 0.25 0.30 0.35 0.25-0.30
0.80 0.35 0.40 0.45 0.35-0.40
0.80 0.45 0.50 0.55 0.40-0.50
1.00 0.55 0.60 0.65 0.50-0.60
1.27 0.70 0.75 0.80 0.60-0.70
1.50 0.70 0.75 0.80 0.60-0.70