Conception électronique - Utilisation de la technologie de routage de signaux BGA dans la conception de PCB?

Les boîtiers BGA (ball Gate Array) sont le type de boîtier standard actuellement utilisé par divers dispositifs semi - conducteurs très avancés et complexes, tels que les FPGA et les microprocesseurs. La technologie d'encapsulation BGA pour la conception de PCB embarqués continue de progresser à mesure que la technologie des fabricants de puces évolue. Ce type de boîtier est généralement divisé en deux types: standard et micro BGA. Les deux types d'encapsulation doivent faire face à un nombre croissant de défis d'E / s, ce qui signifie que le routage Escape est de plus en plus difficile, même pour les concepteurs expérimentés de PCB et de PCB embarqués. Difficile

La priorité des concepteurs de PCB embarqués est de développer des stratégies d'éventaillement appropriées pour faciliter la fabrication de cartes. Les facteurs clés à prendre en compte lors du choix de la bonne stratégie d'éventaillement / câblage sont: l'espacement des billes, le diamètre des contacts, le nombre de broches d'E / s, le type de perçage, la taille des plots, la largeur et l'espacement des traces et le nombre de couches nécessaires pour le bobinage à partir du BGA.

Os de chien éventé

La méthode d'extraction BGA de type os de chien est divisée en 4 quadrants, laissant un canal plus large au milieu du BGA pour la disposition de plusieurs pistes d'enregistrement de l'intérieur. La décomposition des signaux provenant du BGA et leur connexion à d'autres circuits implique plusieurs étapes critiques.

La première étape consiste à déterminer la taille du trou traversant nécessaire à l'évent BGA. La taille de la perforation dépend de nombreux facteurs: l'espacement des dispositifs, l'épaisseur du PCB et le nombre de traces qui doivent être câblées d'une zone ou d'un périmètre de la perforation à l'autre. La figure 3 montre trois circonférences différentes associées à BGA. Le périmètre est une frontière polygonale définie comme une matrice ou un carré entourant une balle BGA.

Le premier périmètre est formé par une ligne pointillée passant par la première rangée (horizontale) et la première colonne correspondante (verticale), suivie d'un deuxième périmètre et d'un troisième périmètre. Les concepteurs commencent le câblage à partir du périmètre le plus externe de la BGA, puis continuent à câbler vers l'intérieur jusqu'au périmètre le plus interne de la balle BGA. La taille du trou traversant est calculée à partir du diamètre des contacts et de l'espacement des billes

Une fois que l'éventaillement de l'os du chien est terminé et que la taille spécifique du plot de perçage est déterminée, la deuxième étape consiste à définir la largeur de la trace du BGA à la couche interne de la carte. De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la confirmation de la largeur des pistes. Le tableau 1 montre la largeur des traces. L'espace minimum requis entre les traces limite l'espace de routage de contournement BGA. Il est important de savoir que la réduction de l'espace entre les traces augmentera le coût de fabrication de la carte.

La zone entre deux sur - trous est appelée canal de câblage. La zone de passage entre les Plots percés adjacents est la plus petite zone que le câblage du signal doit traverser. Le tableau 1 est utilisé pour calculer le nombre de traces pouvant être câblées dans cette zone.

De nombreuses traces peuvent être câblées à travers différents canaux. Par exemple, si l'espacement BGA n'est pas très bon, vous pouvez organiser une ou deux pistes, parfois trois. Par example, pour un BGA avec un pas de 1 mm, plusieurs traces peuvent être déployées. Cependant, avec la conception avancée de PCB d'aujourd'hui, la plupart du temps, il n'y a qu'une seule trace dans un canal.

Une fois que le concepteur de PCB embarqué a déterminé la largeur et l'espacement des pistes, le nombre de pistes qui passent par les canaux et le type de porosité utilisé pour la conception de la mise en page BGA, il peut estimer le nombre de couches de PCB nécessaires. L'utilisation de broches d'E / s inférieures au nombre maximal permet de réduire le nombre de couches. Si le câblage sur la première et la deuxième couche est autorisé, le câblage sur les deux périphériques n'a pas besoin d'être percé. Les deux autres circonférences peuvent être câblées au rez - de - chaussée.

Dans une troisième étape, le concepteur doit maintenir l'adaptation d'impédance au besoin et déterminer le nombre de couches de câblage utilisées pour décomposer complètement le signal BGA. Ensuite, utilisez la couche supérieure de la carte ou la couche dans laquelle le BGA est placé pour terminer le câblage de l'anneau extérieur du BGA.

Le reste des paramètres internes sont répartis sur la couche de câblage interne. En fonction du nombre de câblages internes dans chaque canal, il est nécessaire d'estimer équitablement le nombre de couches nécessaires pour compléter l'ensemble du câblage BGA.

Dans certaines conceptions qui nécessitent la prise en compte des interférences électromagnétiques (EMI), la couche externe ou supérieure ne peut pas être utilisée pour le câblage, ni même pour l'anneau externe. Dans ce cas, la couche supérieure sert de plan de sol. L'IME comprend la sensibilité d'un produit à un champ électromagnétique externe, qui passe généralement d'un produit à un autre par couplage ou rayonnement, et qui conduit souvent ce dernier à ne pas réussir les tests de conformité. Un produit doit répondre aux trois critères suivants pour être considéré comme conforme aux exigences des spécifications de compatibilité électromagnétique:

Ne perturbe pas les autres systèmes

Non affecté par les radiations d'autres systèmes

Ne pas interférer avec lui - même.

Pour empêcher le produit d'envoyer et de recevoir des signaux perturbateurs, il est recommandé d'appliquer des mesures de blindage au produit. Le blindage se réfère généralement à la fermeture complète d'un produit électronique entier ou d'une partie d'un produit avec un boîtier métallique. Cependant, dans la plupart des cas, le remplissage de la couche externe avec un plan de masse peut également fonctionner comme un bouclier, car il attire l'énergie et minimise les perturbations.

Technologie de perçage interne du coussin pour asphalte ultra - fin

Lorsque l'échappement du signal BGA et le câblage sont effectués à l'aide de la technologie de perçage à l'intérieur du plot, le perçage est placé directement sur le Plot BGA et rempli d'un matériau conducteur, généralement de l'argent, et offre une surface plane.

Les exemples de trous traversants éventrés dans les Plots miniatures BGA utilisés dans cet article utilisent un pas de billes ou de fils de 0,4 mm. Le PCB est constitué de 18 couches dont 8 couches de câblage de signaux. Le câblage BGA nécessite généralement plus de couches. Mais dans cet exemple, le nombre de couches n'est pas un problème, car seule une petite quantité de balles BGA est utilisée. Le problème clé reste le pas étroit de 0,4 mm du micro - BGA et le fait que la couche supérieure ne permette pas le câblage à l'exception de l'éventaillement. L'objectif est de réaliser un mini BGA éventré sans impact négatif sur la fabrication de PCB.

Afin de pouvoir choisir différentes sociétés de fabrication de PCB, une carte de circuit imprimé de 93 mil d'épaisseur ne peut pas avoir une ouverture inférieure à 6 mil et une largeur de trace inférieure à 4 mil. Sinon, seuls quelques fabricants de cartes haut de gamme peuvent prendre en charge le projet, et il est coûteux. La figure 6 montre le diagramme de profil BGA associé à cet exemple.

Que se passerait - il sans ces étapes?

Que ce soit avec des os de chien ou par la technologie de rembourrage, la fabricabilité et la fonctionnalité sont deux aspects importants à considérer attentivement. La clé est de connaître les limites de fabrication de votre usine de fabrication. Certaines usines de PCB peuvent fabriquer des conceptions particulièrement strictes. Cependant, si le produit est prêt pour la production de masse, le coût sera élevé. Il est donc particulièrement important de prendre en compte le choix d'une usine de fabrication commune lors de la conception.