PCB Tecnico - Circuito PCIe BGA fan-out e routing di fuga

Poiché tutti i chip appaiono sulla scheda PCI o PCIe del circuito stampato, il layout e l'instradamento di questi circuiti sembra molto complicato. Tuttavia, l'architettura standardizzata di PCIe offre ai progettisti una notevole flessibilità.

Un problema piuttosto complicato è il fan-out PCIe BGA dei componenti su queste schede. Il trucco per implementare strategie di routing fan-out e escape consiste nel garantire la conformità alle specifiche di layout e routing PCIe. Con questo in mente, approfondiamo alcune tecniche per il fan-out e l'escape routing.

Ventilatore PCIe BGA fuori

Come la maggior parte dei componenti con BGA, non c'è regola d'oro per BGA fan-out. La scelta corretta dipende dalla distanza tra le palle nel BGA. I produttori di componenti possono raccomandare diverse strategie fan-out per specifici componenti PCB, quindi è meglio controllare le loro schede tecniche prima di implementare strategie fan-out.

L'effettiva strategia di routing di escape dipenderà in parte dallo stack dei livelli. I dispositivi PCIe sono principalmente costruiti su circuiti stampati a 4 strati, anche se i circuiti stampati a 6 strati sono anche una scelta comune. Indipendentemente dal numero di strati, lo spessore totale della scheda è limitato a 1,57 mm. Per un circuito stampato a quattro strati, dal momento che ci sono due strati interni di rame, lo spazio di cablaggio sarà limitato a due strati.

Utilizzando un BGA con un passo molto spesso, si può essere in grado di condurre direttamente fuori dalla confezione senza mettere vias sulla linea di segnale. Le linee guida di routing PCIe specificano routing simmetrico anche sotto il BGA. Quando si passa sotto il pacchetto tra palle adiacenti, potrebbe essere necessario posizionare un gomito sulla linea di segnale per effettuare la connessione richiesta. Cerca di rispecchiare le curve nelle due tracce sulla coppia differenziale il più vicino possibile. È meglio instradare coppie differenziali tra pad invece di posizionare pad tra una coppia di tracce.

La strategia di fan-out dell'osso del cane è adatta per BGA con passo da grossolano a medio, ma il trucco è quello di mantenere le tracce sotto la confezione. Considerando la limitazione dello spessore del pannello, questo può essere difficile perché limita il numero di strati disponibili. Infatti, il requisito di instradare coppie differenziali tra palle rende più facile raggiungere le prime due file del BGA direttamente sullo strato di segnale superiore (cioè senza vias) rispetto ad una tipica strategia di fan-out dogbone. Poi, sulla fila interna, una struttura fan-out dell'osso del cane con fori passanti può essere utilizzata per raggiungere un altro strato di segnale. Durante l'instradamento attraverso lo strato di rame, assicurarsi di includere il diametro appropriato del pad.

Per il passo estremamente alto BGA, il numero di pin è molto alto, potresti non avere altra scelta che selezionare un numero maggiore di strati attraverso il routing HDI. A causa del numero di cesoie necessarie per il collegamento, il passo fine BGA potrebbe non supportare la tipica strategia di fan-out. Si consiglia di utilizzare VIPPO vias per accedere agli strati interni del circuito stampato, perché la placcatura in VIPPO impedisce la saldatura wicking sul retro del circuito stampato.

Percorso dopo fuga

Una volta che la traccia esce dal BGA, ciò che succede dopo dipende dal dispositivo da installare sul BGA. Sebbene il layout PCIe formale e le specifiche di routing definiscano la lunghezza massima ammissibile di traccia, il valore di impedenza differenziale e il numero massimo di vias che possono apparire sull'interconnessione, i componenti potrebbero avere requisiti diversi. Le specifiche di routing al di fuori del BGA dipendono più dai componenti e dagli standard di segnalazione utilizzati, piuttosto che limitarsi a guardare alla quantità massima consentita nello standard PCIe.

A causa delle tolleranze sensibili dei componenti elettronici stessi, i requisiti minimi, tipici e massimi di cablaggio per questi cambiamenti causati dall'uso di componenti diversi. Questi requisiti sono spesso più severi dei limiti previsti dalla norma formale PCIe, indipendentemente dalla loro età. Pertanto, è necessario controllare sempre la scheda tecnica del componente prima di iniziare a progettare il layout e il routing.

Circuito BGA

Per mantenere le tracce differenziali di impedenza coerenti e all'interno della gamma di tolleranza richiesta, è possibile utilizzare software di progettazione PCB con funzioni di progettazione e routing ad impedenza controllata. Ciò consente alle funzioni di instradamento automatico o interattivo di impostare automaticamente la spaziatura e la geometria della traccia durante il percorso. Assicurarsi di seguire la regola "5W" per la spaziatura tra coppie differenziali e riflettere eventuali deviazioni in una delle tracce adiacenti per garantire la simmetria. Inoltre, assicurarsi di definire la tolleranza per la mancata corrispondenza della lunghezza in base allo standard di trasmissione del segnale selezionato.

La velocità attuale del dispositivo richiede ai progettisti di definire la geometria differenziale di traccia con impedenza caratteristica coerente come regola di progettazione conforme allo standard PCIe. Utilizzato insieme al software di progettazione PCB basato su regole può semplificare notevolmente il layout e l'instradamento, rendendo più facile progettare circuiti stampati secondo le specifiche PCIe.