PCB科技 - HDI PCB設計中的阻抗匹配

阻抗匹配是一種配寘負載輸入阻抗或其信號源輸出阻抗的方法. 執行此操作以實現最大功率傳輸，並减少來自負載的訊號反射. HDI中的阻抗匹配完全是為了避免傳輸故障, 尤其是由於阻力和 印刷電路板 電介質.

微孔可用於為阻抗匹配系統創建易於製作的印刷電路板軌跡。 BGA逃逸佈線科技和狗骨扇出結構可用於實現HDI中的阻抗匹配。

印刷電路板軌跡何時需要阻抗匹配？

阻抗匹配由訊號的陡度和上升/下降時間决定，而不是由頻率决定。 如果訊號的上升/下降時間（基於10%-90%）小於跟踪延遲的6倍，則稱為高速訊號。 在這裡，應進行精確的阻抗匹配。

設計電路板時使用的逃逸佈線策略在很大程度上取決於BGA間距，BGA間距定義了允許放置在焊球之間的軌跡的寬度。 軌跡的精細度還取決於製造商的限制、層堆疊和必要的阻抗。 選擇逃生路線計畫時，請記住以下準則。

中等層數的細間距BGA的逃逸佈線科技始於縮頸法，因為記錄道在BGA內外佈線。

外部軌跡可以直接路由到上的第一行焊盤 電路板.

球栅陣列上第二排焊盤的軌跡寬度顯著减小，囙此可以安裝在第一排焊盤之間。

要到達其餘行的內焊盤，請穿過內層。 通常，每個訊號層路由到兩行，同時限制阻抗和HDI串擾。

狗骨扇出是最流行的BGA逃生佈線和扇出方法

BGA逃生佈線用微孔

如果焊盤尺寸（包括環）對於小間距BGA足够小，則使用微孔進行內層BGA逃逸佈線。 以下特徵將微孔與傳統孔區分開來：

通孔長度：通孔最多只能穿過一層或兩層。 如果標準厚度印刷電路板具有非常多的層，則通孔可以跨越更多層，但這需要額外的製造過程。 盡可能使用跨越單層的疊層盲孔和埋孔。

微孔縱橫比：微孔縱橫比（深度除以直徑）應為0.75:1。 讓我們通過考慮32層厚板的例子來理解這一點。 由於層厚度（對於2層芯）為2密耳，囙此直徑不應小於2.7密耳。

微通孔只能安全地機械鑽至8密耳, 但由於頻繁的休息, 機械設備的成本 印刷電路板 鑽取8密耳可以接近雷射鑽取的價格. 機械鑽孔的輸送量低於雷射鑽孔的輸送量，因為機械鑽孔必須小心進行，以避免鑽頭損壞. 因此, 一旦你開始使用雷射鑽孔, 你會看到每塊電路板的總成本下降.

要在0. 8毫米間距的BGA上使用狗骨扇出，軌跡寬度必須為10密耳或更小，微孔必須更小（約6密耳）。 對於更細間距的球栅陣列（0.5 mm），在焊盤中使用填充和電鍍的微孔，通過7密耳或8密耳軌跡佈線到內層。 這將在相鄰焊盤之間提供足够的間距。

無論設計風格如何，都可以堆疊或錯開微孔，以達到所需的佈線密度。 通過IPC 6012要求，確保微孔和周圍環形環尺寸的最佳可靠性。 在某些情况下，BGA間距可以低至0.3 mm，這一事實可以理解焊盤中微孔在BGA逃逸路由中的相關性。

如何為逃生線路設定盲孔

內部佈線空間的盲孔方法。

盲孔是一種有價值的HDI設計方法，可以為內部佈線騰出額外空間。 當在過孔之間使用時，這些類型的過孔使內層的佈線空間加倍。 它允許額外的記錄道連接到內部BGA行上的管脚。 見上圖； 在這裡，1.0 mm BGA表面上的通孔之間只能漏出兩條記錄道。 然而，現在盲孔下有6條記錄道，這將路由空間新增了30%。

使用這種方法，需要四分之一的訊號層來連接高輸入/輸出BGA。 盲孔以十字形、L形或對角模式放置，形成一條林蔭道。 電源和接地引脚分配决定使用哪種配寘。

在十字形、L形或對角形中放置盲孔可以在內層創建一條林蔭大道，以允許更高密度的佈線和逃生。

扇出段長度和軌跡寬度

當使用高速集成電路時，阻抗幾乎總是一個因素。 檢查扇出段的長度時，扇出接線和阻抗控制之間的關係發揮作用。 由於通孔的軌跡長度（如果有）和寄生電容/電感，BGA的扇出部分將具有其阻抗。

首先，檢查訊號頻寬，以確定是否會在軌跡阻抗上拾取訊號。 如果軌跡長度明顯小於對應於頻寬高端的波長，則可以忽略BGA扇出的軌跡部分。 最好的方法是計算負載阻抗，它是扇出軌跡長度的函數，以及由扇出軌跡創建的網絡輸入阻抗（頸縮後）。

使用所需訊號波長長度的10%極限作為良好近似值。 對於拐點頻率為20GHz的數位信號，謹慎的10%限制將導致臨界長度為0.73mm（FR4基板中的帶狀線）。 這意味著較大的集成電路（如FPGA）需要為單端和差分對提供阻抗匹配扇出。

通過電感，電路板和焊盤之間的寄生電容以及集成電路中的引脚電感至關重要。 低通T濾波器電路由這些部分組成。 如果通孔電感設定為等於引線電感，則3dB截止頻率只是可以從LC諧振電路中評估的典型數位。 T濾波器電路用作阻抗匹配電路，以修改驅動IC的輸出阻抗。

以通孔電感、電路板和焊盤之間的寄生電容和引脚電感為主要元件的低通T濾波器電路。

如果將扇出軌跡連接到內部軌跡的過孔部分的阻抗不確定，則很難匹配扇出部分的阻抗。 然而，只要過孔部分很短並且直接跨越幾層，這一事實就可以忽略。 總輸入阻抗（包括過孔和內部軌跡）由穿過少量層的內部軌跡阻抗確定。 這就是為什麼通常不考慮過孔阻抗。

為什麼軌跡寬度不能大於焊盤尺寸？

軌跡的寬度與其阻抗成正比，當您進入HDI狀態時，它起著至關重要的作用。 過孔將變得非常小，一旦軌跡寬度足够小，就必須將其製成微孔。

創建阻抗曲線 印刷電路板堆疊 and use this width as a design guide. 計算阻抗控制所需的寬度後, 您只需要將此值指定為設計規則. 最好對建議的記錄道寬度進行串擾類比，以查看是否會導致過度串擾.

HDI中的阻抗匹配與保持訊號質量有關，因為元件和記錄道間隔很近。 囙此，控制阻抗成為一項令人難以置信的任務。 有效利用微孔是阻抗匹配HDI系統的關鍵。 精細間距BGA的逃逸路由科技和狗骨扇出方法可用於實現HDI中的阻抗匹配。