Utilizar estrategias de fanout para maximizar el espacio de las PCBs

Tengo un compañero de trabajo que siempre bromea sobre cómo el diseño de PCB "en su época" era sencillo. Aunque suelo tomar sus comentarios como humor de "viejo", tuve que estar de acuerdo con él un día cuando me di cuenta de lo denso que se habían vuelto mis diseños de PCB. La presión de la gerencia para hacer que mis tarjetas fueran cada vez más pequeñas había provocado algunos problemas de enrutamiento y las estrategias de fanout de hueso de perro no lo estaban reduciendo.

En el diseño de circuitos integrados, el fanout se refiere a la cantidad de entradas de compuerta a las que se puede conectar una salida lógica de compuerta. Si bien el fanout hueso de perro es un método probado y veraz, aquí exploramos los méritos de un enfoque de distribución vía-en-pad para aplicaciones específicas, así como las diversas consideraciones que se deben tener en cuenta al desarrollar una estrategia de fanout.

Consideraciones clave al planificar una estrategia de enrutamiento BGA

Estos son algunos de los antecedentes de por qué las estrategias de fanout importan. Los  arreglos matriciales de esferas (BGA) se utilizan en muchos de los dispositivos semiconductores y microprocesadores actuales. El encapsulado BGA implica un número creciente de E/S, lo que hace que el escape para enrutamiento de las señales sea un reto de ingeniería significativo para los diseñadores de PCB. A menudo, las BGA de paso fino requieren la ubicación diagonal de las vías de captura de terminales. El fanout hueso de perro puede permitir una división eficaz, y es un método preferido para la distribución de los terminales BGA. Con la creciente prevalencia de BGAs, la densidad y complejidad del diseño, la mayor cantidad de pines y el tamaño cada vez más pequeño, la creación de normas claras de enrutamiento con BGAs de alta densidad de pines y paso fino es un reto en evolución.

La tarea del diseñador de PCB es desarrollar estrategias de fanout que no afecten negativamente la calidad y la capacidad de fabricación de las tarjetas. Una estrategia de enrutamiento eficaz implica una serie de variables, incluidas:

• Cantidad de pines de E/S

• Tamaño del terminal BGA

• El ancho del espaciado de las pistas

• Capas necesarias para el escape del BGA

• Paso entre bolas

• Diámetro del terminal

• Tipos de vías

Cuando se trabaja como ingeniero eléctrico, arquitecto de producto o diseñador en un proyecto, es importante trabajar en diseños que también tengan en cuenta los costos de los materiales. Al tener en cuenta los costos, los diseñadores de tarjetas de circuito impreso se enfrentan al reto frecuente de reducir el número de capas, pero esta necesidad también debe equilibrarse con las capas necesarias para sacar adecuadamente las pistas de señal de las BGA.

Cuándo pasar a micro

Al decidir entre la distribución de hueso de perro y la distribución vía-en-pad, hay que tener en cuenta el paso. El paso es solo el espacio entre el centro de una bola BGA y el centro de otra bola BGA. El fanout de hueso de perro se utiliza generalmente para acomodar BGAs con paso de bola de 0,5 mm y superior. La distribución vía-en-pad se utiliza a menudo con micro BGAs que tienen un paso ultra fino (< 0,5 mm).

El fanout de hueso de perro es único en el sentido de que crea una partición con cuatro cuadrantes, con un canal central en el BGA que ejecuta múltiples pistas desde el centro. Determinar el tamaño de vía necesario para el fanout es esencial (y también depende de variables como el grosor de la PCB, la cantidad de pistas que se envían y el paso del dispositivo).

Si usted es como yo y está usando constantemente micro BGAs, entonces debería considerar la posibilidad de configurar su diseño para microvias perforadas con láser. Las microvias tienen la ventaja de estar alineadas con precisión en cuanto a la profundidad; están completamente rellenas de cobre y son planas respecto de la superficie de la tarjeta. Una técnica de ahorro de espacio con la que me he encontrado sugiere trabajar su diseño de distribución desde la hilera exterior BGA hacia la interior, donde las hileras interiores se dejan caer una capa de su respectiva hilera exterior para que puedan deslizarse sin estar físicamente bloqueadas. Este enfoque hace el mayor uso de las capas en su tarjeta y maximiza el espacio al minimizar la profundidad y el diámetro de perforación.

Cómo implementar eficientemente las estrategias de fanout en su diseño de PCB

Cuando se trabaja en diseños de fanout con Altium Designer, es importante tener en cuenta la regla Fanout Control  (en la categoría Routing). La forma en que funciona esta regla es que proporciona opciones cuando se desplazan los componentes de montaje en superficie que conectan la señal y las redes del plano de potencia. En los diseños de alta densidad (como es a menudo el caso de los BGAs modernos), el espacio de enrutamiento es especialmente estrecho, y esta regla se convertirá en su mejor amigo para ayudarle a enrutar su tarjeta con éxito.

Con software de diseño de PCB fácil de usar, en 20 años podrá contarle a sus compañeros de trabajo más jóvenes lo sencillo que era el diseño de PCB en sus días.