原创含有CPU芯片的PCB设计需要考虑的五个主要方面

 2023-6-2 13:44  729 10 2 分类: PCB

CPU是中央处理器，Central Processing Unit 英文的缩写，电脑中一个最重要，最核心的东西，相当一个人的大脑，是用来思考、分析和计算的。目前市面上比较常见的CPU来自两个品牌，一个是intel公司生产的，另一个是AMD公司生产的。

CPU都采用针脚式接口与主板相连，而不同的接口的CPU在针脚数上各不相同。CPU主板上的PCB封装焊盘引脚是经过走线与其他电子元器件相连的，引脚越多、引脚的间距越小都会存在一定的可制造性问题。

引脚种类

Cpu芯片的元器件封装引脚一般采用的是BGA或者是QFP类型，BGA和QFP是两种不同的封装形式。

BGA（Ball Grid Array）是一种球形网格阵列封装，其引脚是通过排列在封装底部的球形焊盘与PCB焊接连接的。BGA封装的主要特点是引脚密度高、信号传输速度快、可靠性强、散热性好，广泛应用于高性能芯片和系统集成领域。

QFP（Quad Flat Package）是一种四角平面封装，其引脚排列在封装底部的封装体中，通过焊线或焊盘与PCB焊接连接。QFP封装的主要特点是引脚数量多、接口简单、容易制造和焊接，适用于许多普通的解决方案。

因此，BGA和QFP的区别在于其封装形式、引脚排列和使用场景，BGA主要用于高性能和大规模系统集成领域，而QFP则可广泛应用于许多普通的应用场合。

引脚设计

引脚扇出

BGA扇出是将BGA封装芯片的引脚连接到其他器件或接口的过程。由于BGA封装引脚密度很高，因此需要特殊设计和安排引脚扇出布局，以确保连接到PCB上的其他器件和接口。下面介绍一些常用的BGA扇出方法：

中间留十字通道

BGA芯片的扇出过孔是朝外打孔扇出，BGA上下左右分成四个独立的区域，从中间进行分割分别往四边。这样扇出的好处，是可以预留十字通道，方便进行内层和GND的通道平面分割和内层布线。

外围两排直接拉线

BGA芯片上下左右四个面中，若两个焊盘中间走一条布线，靠外侧的两排焊盘不用进行扇出操作，直接在表层通过拉线往外走，这样可以节省电气层。若两个焊盘中间走两条布线，靠外侧的三排焊盘不用进行扇出操作。当所有的引线走出BGA区域之后，引出布线可以散开走线，加大线和线之间的距离，以便于减少高速信号直接的串扰。

注意电源和GND平面被切断

BGA芯片一般电源和GND网络焊盘引脚都位于BGA中间部分，电源和GND的网络都是通过内层平面进行连接，这些引脚扇出要注意方向，通常来说都是整体往一个方向进行扇出，这样扇出的引脚都集中在一个区域，方便进行内层区域分割，避免电源和GND平面被切断。

VIPPO方式

最常见的BGA扇出方式是VIPPO(Via in Pad Plated Over)方式（也就是盘中孔）。这种方式将电路板中的通孔直接在BGA引脚所在的焊盘中作为一个小孔设计，然后把通孔无缝的贴在芯片的焊盘上，然后用电解电镀的方法为其加厚一层金属。这种方式可减小交叉干扰和提高信号完整性，并且引脚数量多时占用空间更小。

需要注意的是，BGA扇出的设计需要考虑到信号完整性、静电保护、电源分层以及信噪比等因素，需要根据具体的设计需求采用不同的扇出方法来保证电路的可靠性和稳定性。