Elektronisches Design - Verwenden Sie BGA Signal Routing Technologie im PCB Design?

Kugelgitter-Array (BGA) Verpackung ist derzeit eine Standardverpackung, die von verchiedenen hochentwickelten und komplexen Halbleiterbauelementen wie FPGAs und Mikroprozessoren verwendet wird. Die BGA Verpackungstechnologie für Embedded PCB-Design Die technologische Entwicklung der Chiphersteller wird kontinuierlich vorangetrieben. Diese Art der Verpackung wird im Allgemeinen in zwei Arten unterteilt: Standard und Micro BGA. Beide Arten von Paketen müssen mit der zunehmenden Zahl von I-/O Herausforderungen, was bedeutet, dass Escape Routing immer schwieriger wird, auch für erfahrene Leiterplatten und Embedded PCB-Designers. Herausfordernd.

Die erste Aufgabe eines Embedded PCB Designers ist es, eine geeignete Fan-Out Strategie zu entwickeln, um die Herstellung der Leiterplatte zu erleichtern. Die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl der richtigen Fan-Out-/Verdrahtungsstrategie berücksichtigt werden müssen, sind: Kugelneigung, Kontaktdurchmesser, Anzahl der I/O-Pins, über Typ, Landgröße, Spurbreite und -abstand sowie Umwege von BGA Die Anzahl der erforderlichen Schichten.

Hundeknochen ausfächern

Die Dog Knochentyp BGA Fan-Out Methode ist in 4-Quadranten unterteilt, wodurch ein breiterer Kanal in der Mitte des BGA verbleibt, um mehrere Spuren von innen auszulegen. Die Dekomposition der Signale aus dem BGA und deren Verbindung mit anderen Schaltkreisen umfasst mehrere Schlüsselschritte.

Im ersten Schritt wird die benötigte Durchgangsgröße für BGA-Lüfter ermittelt.. Die Größe der Via hängt von vielen Faktoren ab: Geräteabstand, Leiterplattendicke, und die Anzahl der Leiterbahnen, die von einem Bereich oder Umfang des Durchgangs zu einem anderen Bereich oder Umfang geführt werden müssen. Abbildung 3 zeigt drei verschiedene Perimeter im Zusammenhang mit BGA. Der Umfang ist eine polygonale Grenze, definiert als Matrix oder Quadrat, das die BGA-Kugel umgibt.

Der erste Umfang wird durch die gepunktete Linie gebildet, die durch die erste Reihe (horizontal) und die entsprechende erste Spalte (vertikal) verläuft, gefolgt von dem zweiten und dritten Umfang. Der Designer beginnt mit der Verkabelung vom äußersten Umfang der BGA und geht dann weiter nach innen bis zum innersten Umfang der BGA-Kugel. Durchgangsgröße wird durch Kontaktdurchmesser und Kugelabstand berechnet

Sobald der Dog Bone Fan-Out abgeschlossen ist und die spezifische Via Pad Größe bestimmt ist, ist der zweite Schritt, die Leiterbahnbreite vom BGA bis zur inneren Schicht der Leiterplatte zu definieren. Es gibt viele Faktoren, die bei der Bestätigung der Leiterbahnbreite zu berücksichtigen sind. Tabelle 1 zeigt die Leiterbahnbreite. Der minimale Platzbedarf zwischen den Leiterbahnen begrenzt den BGA Umleitungsraum. Es ist wichtig zu wissen, dass die Verringerung des Platzes zwischen den Leiterbahnen die Kosten für die Herstellung der Leiterplatte erhöht.

Der Bereich zwischen den beiden Vias wird Routingkanal genannt. Der Kanalbereich zwischen benachbarten Via Pads ist der Mindestbereich, den die Signalverdrahtung durchlaufen muss. Tabelle 1 wird verwendet, um die Anzahl der Leiterbahnen zu berechnen, die durch diesen Bereich geführt werden können.

Viele Spuren können über verschiedene Kanäle geroutet werden. Wenn zum Beispiel die BGA-Tonhöhe nicht sehr fein ist, können Sie ein oder zwei Spuren anordnen, manchmal drei. Für einen 1mm Pitch BGA können beispielsweise mehrere Leiterbahnen eingesetzt werden. Mit dem heutigen fortschrittlichen PCB-Design gibt es jedoch meistens nur eine Spur für einen Kanal.

Sobald der eingebettete PCB-Designer die Leiterbahnbreite und -abstände, die Anzahl der Leiterbahnen, die durch einen Kanal geführt werden, und die Art der Durchkontaktierungen, die für das BGA-Layoutdesign verwendet werden, ermittelt hat, kann er die Anzahl der erforderlichen Leiterplattenschichten schätzen. Die Verwendung von weniger als der maximalen Anzahl von I/O-Pins kann die Anzahl der Schichten reduzieren. Wenn die Verkabelung auf der ersten und zweiten Schicht zulässig ist, müssen die Verkabelung auf den beiden äußeren Perimetern keine Durchkontaktierungen verwenden. Die anderen beiden Perimeter können auf der unteren Ebene verlegt werden.

Im dritten Schritt muss der Designer die Impedanzanpassung bei Bedarf beibehalten und die Anzahl der Verdrahtungsschichten bestimmen, die verwendet werden sollen, um das BGA-Signal vollständig zu zerlegen. Verwenden Sie als nächstes die oberste Schicht der Leiterplatte oder die Schicht, in der die BGA platziert wird, um die Verdrahtung des BGA Außenrings abzuschließen.

Die restlichen internen Parameter werden auf der internen Verdrahtungsschicht verteilt. Entsprechend der Anzahl der internen Verdrahtung in jedem Kanal ist es notwendig, die Anzahl der Schichten, die erforderlich sind, um die gesamte BGA-Verdrahtung abzuschließen, angemessen zu schätzen.

In einigen Konstruktionen, die elektromagnetische Störungen (EMI) berücksichtigen müssen, kann die äußere Schicht oder oberste Schicht nicht für die Verdrahtung verwendet werden, auch nicht der äußere Ring. In diesem Fall dient die oberste Schicht als Bodenebene. EMI schließt die Anfälligkeit eines Produkts für das externe elektromagnetische Feld ein, und das externe elektromagnetische Feld tritt im Allgemeinen durch Kopplung oder Strahlung in ein anderes Produkt von einem Produkt ein und führt oft dazu, dass das letztere Produkt den Konformitätstest versagt. Produkte müssen die folgenden drei Normen erfüllen, um die Anforderungen der Spezifikationen für elektromagnetische Verträglichkeit zu erfüllen:

beeinträchtigt nicht andere Systeme

Nicht beeinträchtigt durch Strahlung anderer Systeme

wird sich nicht selbst stören.

Um zu verhindern, dass das Produkt Störsignale sendet und empfängt, wird empfohlen, Abschirmungsmaßnahmen für das Produkt zu ergreifen. Abschirmung bezieht sich im Allgemeinen darauf, das gesamte elektronische Produkt oder einen Teil des Produkts vollständig mit einer Metallschale zu umschließen. In den meisten Fällen kann das Befüllen der äußeren Schicht mit einer Erdungsebene jedoch auch als Abschirmung fungieren, da sie Energie anziehen und Störungen minimieren kann.

In-Pad über Technologie für ultrafeine Tonhöhen

Bei Verwendung von In-Pad via Technologie für BGA Signalentweichung und -routing wird das Via direkt auf das BGA Pad gelegt und mit leitfähigem Material (meist Silber) gefüllt und bietet eine flache Oberfläche.

Das Beispiel für das Ausfächern über Löcher im Mikro-BGA-Pad verwendet in diesem Artikel 0,4mm Ball- oder Lead-Pitch. Die Leiterplatte besteht aus 18-Lagen, einschließlich 8-Signalverdrahtungsschichten. BGA-Verdrahtung erfordert in der Regel mehr Schichten. Aber in diesem Beispiel ist die Anzahl der Schichten kein Problem, da nur eine geringe Anzahl von BGA-Kugeln verwendet wird. Das Hauptproblem ist immer noch die 0,4mm enge Tonhöhe des Micro BGA, und die oberste Schicht erlaubt keine Verdrahtung außer Lüfter-Out. Ziel ist es, Fan-Out Micro-BGA zu erreichen, ohne die Leiterplattenherstellung negativ zu beeinflussen.

Um verschiedene Leiterplattenherstellungsunternehmen wählen zu können, kann die Lochgröße der 93mil-dicken Leiterplatte nicht kleiner als 6mil sein, und die Leiterbahnbreite kann nicht kleiner als 4mil sein. Ansonsten können nur wenige High-End-Leiterplattenhersteller dieses Projekt übernehmen, und es ist teuer. Abbildung 6 zeigt die BGA Umrisszeichnung bezogen auf dieses Beispiel.

Was ohne diese Schritte schief gehen würde

Ob mit Hundeknochen oder über Technologie in Pads, Herstellbarkeit und Funktionalität sind zwei wichtige Aspekte, die sorgfältig geprüft werden müssen. Der Schlüssel ist, die Fertigungsgrenzen der Fertigungsanlage zu kennen. Einige Leiterplattenfabriken kann besonders strenge Konstruktionen herstellen. Allerdings, wenn das Produkt serienreif ist, die Kosten werden hoch sein. Daher, Es ist besonders wichtig, die Auswahl gewöhnlicher Fertigungsanlagen bei der Auslegung zu berücksichtigen.