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BGAの基板設計(その2)

みなさん こんにちは!第一技術部 基板設計課の木戸です。

前回「BGAの基板設計(その1)」の続編としてBGAの基板設計例を紹介いたします。

BGAの基板設計にはPKG情報、基板の層数、基板構成、基板設計ルール(配線幅/間隔、ビアサイズ)、ランド形状が必要となり、今回は以下の前提で「基板層数は何層必要になるか?」のBGAの基板設計例を紹介します。(内側4×4のピンはGNDとし、外側周辺6列のBGAの基板設計の事例とします。)

 

  • PKG:13mm□/256ピン 0.8mmピッチ
       16×16フルマトリックス
  • 基板構成:貫通基板
  • 基板設計ルール
      配線幅/間隔=0.1mm/0.1mm
      ビア径/ビアランド径=φ0.25mm/φ0.5mm
  • ランド形状:NSMD構造
    ランド径/SR開口径=φ0.4mm/φ0.5mm
    ※SR開口精度:±0.05mm

 

 

 

【BGA搭載面】

BGAの基板設計ではBGA部品を搭載する層の基板設計ルールが一番重要なポイントで、基板層数や基板構成など、基板の製造コストに大きく影響します。

ポイントとしては以下となります。

  • ピン間に配線できるか?
  • 貫通ビアが配置できるか?

 

右上図の例では、BGA搭載面にて外側から1,2列目のピンの配線が可能です。今回の基板設計ルールではピン間に配線でき、ピン間に貫通ビアが配置できていますが、基板設計ルール次第では基板層数が増えたり、基板構成の変更が必要となります。特にビアのランド径やBGAピンのランド形状などで、ビアがピン間に配置できない場合は、基板構成の変更(ビルドアップ基板など)や、貫通ビアに樹脂を埋め込む「貫通樹脂埋め基板」への変更が必要となり、基板コストに影響します。

 

【BGA搭載裏面】

BGA部品の裏面では外側から3,4列目のピン(右図の外側2列のビア)の配線が可能です。一番左側のビアからの配線は基板メーカー次第で、内層でも配線することができます。

実際の設計では、電気的にBGA近傍が良い部品(バイパスコンデンサなど)を配置する事例が多いので、ビア間に配線が通るかどうかで、設計のし易さだけでなく電気性能も大きく変わることがあります。

 

 

【内層】

BGA搭載面で外側1,2列目のピン、裏面では3,4列目のピンを配線することができましたので、残り5,6列目のピンを内層で配線する必要があります。右図の事例ではビア間に1本配線が通りますので、内層の配線層としては2層分必要となります。

基板設計ルールを緩和しても、ビア間に配線が通らない場合は、貫通基板を諦め、ビルドアップ基板などの高価な基板構成に変更する必要があります。

 

 

 

 

今回のBGAの基板設計例では信号の配線層として4層分必要で、電源層、GND層で各1層使用したとすると、6層基板でBGA周りの設計が実現できることがわかります。

基板コストや設計工期を考えると、設計の初期段階で基板構成や基板ルールを検討し、基板メーカーを仮決定しておくことをお勧めします。

WTIではBGAを搭載した大規模回路の基板・多層配線基板・高密度実装基板など、様々な種類の基板設計を行っていますので、BGA搭載基板の基板設計にてお困りの際には、是非、お声掛けください。

 

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