BGAの基板設計（その３）

2020年12月9日

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２）」にて、BGAの基板設計例をご紹介しましたが、「もっとピッチの狭いBGAの場合はどのように設計したら良いのか？」とのご質問をいただきましたので、これにお答えする内容でBGAの基板設計の続編をご紹介いたします。

以下の前提で、前回同様に外周6列のBGAの基板設計事例について考えてみましょう。

PKG：11mm□/256ピン　0.65mmピッチ
　　　16x16フルマトリックス
基板構成：貫通樹脂埋め基板
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=φ0.2mm/φ0.4mm
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】

前回の0.8mmピッチBGAの基板設計の事例ではBGA搭載面にて外側から1,2列目ピンの配線が可能でしたが、0.65mmピッチへとさらに狭くなったことにより、図2のようにピンのレジスト開口と配線間のクリアランスが不足し、2列目ピンから配線することができません。
また、ビアがピン間に配置できないため、基板構成の変更（ビルドアップ基板など）か貫通ビアに樹脂を埋め込む「貫通樹脂埋め基板」を使用する必要があります。

図3の設計事例では1列目のみ配線しており、ビアはビルドアップ基板より安価な「貫通樹脂埋め基板」を使用し、ピンに直接ビアを配置することで、他の層へ接続します。

【BGA搭載裏面】

前回の0.8mmピッチBGAの基板設計の事例ではBGA搭載裏面でも、2本配線することができましたが、今回は図4のようにビア間のクリアランスが狭くなり、ビア径とビアランド径が小さくてもビア間に配線を通すことができません。

【内層】

内層に接続しないビアにはビアランドを設けない仕様にすることで、クリアランスが確保でき、ビア間に配線を通すことができます。尚、内層に接続するビアにはビアランドが必要となるため、ビアランドがあると、クリアランス不足により、ビア間に配線を通すことができません。図5の事例では未接続のビアにはビアランドを設けないことで、1本配線しています。

今回の事例では、前回の0.8mmピッチBGAからピッチが狭くなったことにより、基板層数が増え（BGA搭載面/裏面の配線本数の減に伴う、内層の層数増）、貫通樹脂埋め基板とするなど、基板コストに影響し、設計難易度がアップすることが理解いただけたのではないかと思います。
尚、BGAピンのランド形状の変更や、より微細な基板ルールを使用することで、基板層数を削減できる可能性はありますが、基板メーカーと詳細な調整が必要となります。

小型/狭ピッチのBGAは実装面積が小さいため、高価な基板を使用した際は高密度設計には優位ですが、設計難易度や基板の製造コストや品質に影響します。
単純に「小さい方が良いだろう！」と小型/狭ピッチのBGAを安易に選定してしまうと、逆にコストなど不利になる場合がありますので、部品選定の際、ご注意ください。

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。

【関連リンク】