1 前言球柵陣列封裝技術(shù)（Ball grid array，BGA）具有十分高的封裝密度，同時又具有優(yōu)良的電性能、低噪聲、低寄生電感電容等優(yōu)點，在高速PCB設(shè)計中得到廣泛的使用。PCB 組件的高密度、高可靠性以及無鉛化的發(fā)展，使其對應(yīng)用元件的封裝尺寸以及工藝的可生產(chǎn)性要求越來越高。在高速PCB 設(shè)計中，0.5mm、0.8mm 以及1mm 間距的BGA封裝已經(jīng)非常普遍，這就給PCB 的設(shè)計制作以及工藝互聯(lián)帶來了更高的挑戰(zhàn)。大多數(shù)工程師都認(rèn)為BGA 焊盤間距越小，PCB 互聯(lián)集成密度就越高，信號傳輸性能就越好。但對于工藝來說，會存在短路或者虛焊的情況，加大了工藝的難度。因此，如何選取BGA 封裝是設(shè)計師在加工PCB 之前應(yīng)該考慮的問題，不僅僅需要考慮信號的完整性，同時還需要兼顧工藝的可生產(chǎn)性。

2 BGA信號傳輸在實際的工程運用中，BGA 的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，信號通過PCB 板上的過孔傳輸?shù)紹GA 球上，再通過BGA 球?qū)⑿盘杺鬏敵鋈ァ?/p>

圖1：BGA 的結(jié)構(gòu)圖

圖2 為BGA 封裝常用的陣列

如圖2 所示，所有BGA 的焊盤尺寸一致，中間的BGA 球用于信號傳輸，其四周的球通常情況下接地。如圖所示，如果焊盤直徑為0.5mm，相鄰兩個焊盤的中心間距d 為0.8mm，邊緣間距為0.3mm（11.8mil）。顯然，焊盤之間的銅線越細(xì)，銅線與焊盤的間距越小，加工工藝難度越大，PCB 成本也就越高，可靠性也越差。同時對于焊接工藝來說，BGA 焊盤過密，會存在短路或者虛焊的情況，加大了工藝操作的難度。所以設(shè)計師不能一味的追求提高PCB 互聯(lián)集成密度，而忽視工藝的可操作性，這樣是既浪費時間又浪費資源的做法。

3 BGA信號傳輸?shù)年P(guān)鍵因素根據(jù)BGA 在實際工程中的應(yīng)用情況，在HFSS 中建立仿真模型，如圖3 所示。信號通過PCB 板上的過孔傳輸?shù)紹GA 球上，再通過BGA 球?qū)⑿盘杺鬏敵鋈ァＤＰ椭校琍CB 板材采用厚度0.5mm 的FR-4，模型的參數(shù)初設(shè)值為：BGA焊盤直徑為0.5mm，焊盤盤心間距為0.8mm，過孔孔徑為0.25mm，孔盤為0.4mm，過孔孔心間距為0.65mm。

圖3：仿真模型

圖4：仿真結(jié)果（S 參數(shù)）

仿真結(jié)果如圖4 所示，從圖中可以看出，在工作頻段0 ～ 10GHz 內(nèi)，該模型的S11/S22 ≤ -20dB。圖5 為該模型的電場分布圖。由此可見BGA 的傳輸并沒有增大孔鏈路的損耗，保證了信號的完整性。

圖5：模型的電場分布圖

為了驗證BGA焊盤間距對信號傳輸?shù)挠绊懀瑢GA焊盤間距d分別設(shè)置為0.6mm、0.8mm 以及1.0mm，仿真結(jié)果如圖6 所示。

圖6：不同d 的仿真對比曲線

從圖6 中可以看出， 在工作頻段0 ～ 10GHz 以內(nèi)，回波損耗S（1,1）隨著d的增加反而減小。

4 實物測試為了驗證BGA 的傳輸特性，本文加工了實驗進(jìn)行測試驗證，圖7 是BGA 驗證實物測試現(xiàn)場，圖8是輸入輸出接頭分別經(jīng)過BGA球后通過共面波導(dǎo)互聯(lián)后的測試曲線，圖9 是輸入輸出端經(jīng)過BGA 球后分別鍵合到50 歐姆負(fù)載后的S11 和S22 曲線。從測試曲線中可以看出，經(jīng)過BGA 參數(shù)仿真優(yōu)化后，實物測試射頻信號在10GHz 時駐波在-15dB 以下，可以達(dá)到較好的傳輸效果。

圖7：BGA 驗證實物測試圖

圖8：輸入輸出端分別經(jīng)過BGA 球后通過共面波導(dǎo)互聯(lián)的測試曲線

圖9：輸入輸出端經(jīng)過BGA 連接50 歐負(fù)載測試曲線

5 結(jié)論基于HFSS 仿真驗證BGA 焊盤間距對信號傳輸?shù)挠绊懀夭〒p耗S（1,1）隨著BGA焊盤間距d 的增加反而減小。因此，設(shè)計師在選用BGA 封裝時，不僅僅只考慮PCB 互聯(lián)集成密度，更應(yīng)該考慮的是信號傳輸?shù)男阅埽瑴y試結(jié)果證明，經(jīng)過仿真優(yōu)化，BGA 傳輸在10GHz 時仍具有良好微波特性。