PCB技術 - HDI 基板設計におけるインピーダンス整合

インピーダンスマッチングは、負荷の入力インピーダンスまたはその信号源の出力インピーダンスを設定する方法である. 最大電力伝送を達成して、負荷からの信号反射を減らすためにそれを実行してください. HDIにおけるインピーダンス整合は完全に伝送故障を避けるためである, 特に抵抗による損失PCB基板誘電体.

マイクロバイアは、インピーダンス整合システムのためにPCBトレースを生産するのを容易に作成するために用いることができる。BGAエスケープ配線技術とドッグボーンファンアウト構造は、HDIのインピーダンス整合を達成するために使用することができます。

PCBトレースはインピーダンス整合を必要とするか？

インピーダンス整合は周波数ではなく信号の急峻性と立ち上がり／立ち下がり時間で決まる。信号の立ち上がり／立ち下がり時間（10 %〜90 %）をトレース遅延の6倍より短い場合は、高速信号と呼ばれる。ここで、正確なインピーダンス整合を行う。

回路基板を設計する際に使用されるエスケープルーティング戦略は、BGAピッチに大きく依存し、これは半田ボール間に配置されるトレースの幅を画定する。トレースの細かさは、メーカーの制限、層スタッキングおよび必要なインピーダンスにも依存する。エスケープルートプランを選択するときは、次のガイドラインを念頭に置いてください。

中間層数のファインピッチbgasに対するエスケープ配線技術は，bgaの中と外にトレースを配線するため，necking法で始まる。

外部トレースを直接パッドの最初の行にルーティングすることができます 回路基板.

それがパッドの第1の行の間でマウントされることができるために、ボール・グリッド配列上の第2の行のパッドのトレース幅は大幅に減らされる。

残りの行の内側のパッドに到達するには、内側の層を通過します。通常、各信号層は、インピーダンスおよびHDIクロストークを制限しながら、2つの行にルーティングされる。

ドグボーンファンアウトは、最も人気のあるBGAのエスケープ配線とファンアウト方法です

BGA逃げ配線用のマイクロビア

パッドサイズ（リングを含む）がファインピッチBGAのために十分小さいならば、内部層BGAエスケープルーティングのためにMicroviasを使用してください。以下の特徴は、伝統的な穴からの微細孔を区別する

ビアの長さ：ビアは、ほとんど1つまたは2つの層を通過することができます。標準的な厚さPCBが非常に多数の層を有する場合、スルーホールはより多くの層にまたがることができるが、これは追加の製造手順を必要とする。可能な限り単層にわたる積層ブラインド埋込みビアを使用してください。

マイクロホールアスペクト比：マイクロホールアスペクト比（深さによって分割された深さ）は0.75 : 1でなければなりません。32層厚板の例を考えて同じことを理解しましょう。層厚（2層コアの場合）は2ミルであるので、直径は2.7ミル未満ではならない。

マイクロビアは、安全に8マイルに機械的にドリルダウンすることができます, しかし、頻繁なドリルブレークのため, 機械費 PCB 8ミルの掘削はレーザ穴あけの価格に近づく. メカニカル貫通孔のスループットは、ドリルビットの破損を避けるために機械穿孔が慎重に行われなければならないので、ドリルスルースルーホールのスループットは低い. したがって, 一度レーザードリルを使用して起動, 各ボードのドロップの合計コストが表示されます.

0.8 mmピッチのBGAで犬の骨のファンを使用するには、トレースの幅は10ミリメートル以下でなければならず、マイクロ穴が小さくなければならない（約6ミル）。より細いピッチ・ボール格子・アレイ（0.5 mm）のために、7つのミルまたは8つのミル・トレースを通して内部の層に発送されるパッドで、満たされてメッキされたマイクロ穴を使ってください。これは隣接するパッド間の十分な間隔を提供する。

設計スタイルにかかわらず、必要な配線密度を達成するために、マイクロビアを積み重ねることができる。マイクロ穴と周囲の環状リングのサイズの最も良い信頼性を確実にするために、IPC 6012要件を通過してください。BGAエスケープルーティングにおけるパッド内のマイクロビアの関連性は、BGAピッチが0.3 mmと低い場合があることによって理解できる。

脱出配線のためにブラインド穴を置く方法

内部配線空間のブラインドホール法

ブラインドビアは、内部配線のための余分なスペースを解放することができる貴重なHDIの設計方法です。ビアの間で使用されるとき、バイアのこれらのタイプは、内部の層の配線スペースを二倍にします。これは、追加のトレースは、内部BGA行のピンに接続することができます。上記の写真をご覧ください。ここでは、2 mmのBGA表面上の貫通孔間に2つのトレースしか逃れない。しかし、現在、ブラインドホールの下には6つの跡があります。

この方法を使用して、信号層の4分の1が高I／O BGAを接続するのに必要である。ブラインドホールは、十字、L形または斜めのパターンに置かれて、大通りを形成します。電源およびグラウンドピン割り当ては、どの構成が使用されるかを決定します。

十字、L形または斜めの形のブラインド穴を置くことは、より高い密度配線と脱出を許すために、内部の層に大通りをつくります。

ファンアウトセクションの長さとトレース幅

高速icを使用する場合，インピーダンスはほとんど常に因子である。ファンアウト部の長さをチェックすると、ファンアウト配線とインピーダンス制御の関係が成り立つ。VIAのトレース長及び寄生容量／インダクタンスにより、BGAのファンアウト部分はインピーダンスを有する。

まず、信号帯域幅を調べて、信号がトレースインピーダンス上でピックアップされるかどうかを判断する。トレース長が帯域幅のハイエンドに対応する波長よりもかなり小さい場合、BGAファンアウトのトレース部分は無視できる。最良の方法は、ファンアウトトレースの長さの関数である負荷インピーダンスを計算することであり、ファンアウトトレースによって生成されたネットワーク入力インピーダンス（necking後）。

十分な近似として信号波長の所要の長さに対して10 %の限界を使用した。20 GHzのニー周波数のデジタル信号に対する10 %の限界は、臨界長0.73 mm（FR 4基板のストリップライン）になる。これは、FPGAのようなより大きなICが、シングルエンドおよび差動対に対してインピーダンス整合ファンアウトを提供する必要があることを意味する。

インダクタンスを介して、回路基板とパッドとの間の寄生容量、およびICのピンインダクタンスが重要である。これらの部分からローパスTフィルタ回路が構成されている。3 dB遮断周波数は、スルーホールインダクタンスがリードインダクタンスに等しく設定されていれば、LC共振回路から評価できる典型的な数である。Tフィルタ回路は、ドライバICの出力インピーダンスを変更するためのインピーダンス整合回路として用いられる。

スルーホールインダクタンス、回路基板とパッドとの間の寄生容量、および主要な構成要素としてのピンインダクタンスを有するローパスTフィルタ回路。

ファンアウトトレースを内部トレースに接続するビア部のインピーダンスが不確かであれば、ファンアウト部のインピーダンスに合わせることは困難である。しかし、ビア部分が非常に短く、直接いくつかの層にまたがる限り、この事実は無視できます。ビアおよび内部トレースを含む総入力インピーダンスは、少数の層を横切る内部トレースインピーダンスによって決定される。このため、ビアインピーダンスは通常考慮されない。

なぜトレース幅がパッドサイズより大きくならないのか？

トレースの幅はそのインピーダンスに比例し、HDI状態に入ると重要な役割を果たします。ビアは小さくなるので、トレース幅が十分小さくなると、それらはmicroviasとして作られなければならない。

インピーダンス曲線を作成する プリント配線板スタック この幅を設計ガイドとして使用します。インピーダンス制御に必要な幅を計算した後, この値をデザインルールとして指定するだけです. それが過度のクロストークを引き起こすかどうか見るために推奨された痕跡幅のためにクロストークシミュレーションを実行するのが最もよいです.

HDI基板におけるインピーダンス整合は、コンポーネントおよびトレースが密接に間隔を置かれているので、信号品質を維持することに関係している。したがって、インピーダンスを制御することは驚くべき仕事になる。マイクロバイアの有効利用はインピーダンス整合HDIシステムの鍵である微細ピッチbgaとドッグボーンファンアウト法のエスケープルーティング技術を用いてhdiにおけるインピーダンス整合を達成することができる。