ROUTAGE DE SORTANCE DES MATRICES DE BILLES

Created: April 4, 2017
Updated: November 10, 2020

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Les développeurs de PCB sont submergés de nouveaux défis causés par la miniaturisation et la densité croissantes des composants. Les boîtiers BGA (matrices de billes) génèrent une multitude de difficultés pendant le routage de centaines de connexions à insérer sur seulement quelques centimètres carrés.

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Routage de sortance et d'échappement

En raison de la densité et de la distance avec les points de connexion, seules les deux colonnes externes d'une matrice de billes (boîtier BGA) peuvent être connectées directement aux pistes en surface du circuit. Aucune autre broche du boîtier BGA ne peut être connectée à un chemin direct sur la surface. Le routage de sortance et d'échappement est inclus dans de nombreux systèmes de conception de circuits imprimés afin de pouvoir créer d'autres connexions. Avec le routage de sortance et d'échappement, les deux colonnes situées en périphérie, et toutes les autres colonnes d'un boîtier BGA, sont automatiquement reliées au centre des broches via une piste de court-circuit caractérisée par un angle à 45 degrés. Vous obtenez ainsi un via borgne pour former une connexion directe vers la prochaine couche de signal. Le routage normal des connexions peut donc être exécuté sur la prochaine couche de signal.

Image 1. Matrice de billes avec un routage de sortance classique pour toutes les connexions électriques.

Image 1. Matrice de billes avec un routage de sortance classique pour toutes les connexions électriques.

Image 2: Représentation visuelle des broches d'une matrice de billes avec leurs possibilités de connexion.

Image 2: Représentation visuelle des broches d'une matrice de billes avec leurs possibilités de connexion.

Les via-in-pads évitent d’ajouter des pistes en direction du centre des connexions, libérant donc de l'espace pour d’autres pistes. Avec un via-in-pad, le contact traversant peut être positionné directement sur la broche du boîtier BGA.

Image 3. Guidance du signal avec routage d'échappement et de sortance, et connexion de tension d'alimentation sur un via-in-pad.

Lors de la fabrication de circuits imprimés, ces contacts traversants seront recouverts d'une matière non conductrice et durcie. Les extrémités seront plus tard métallisées, aplanies et mises en contact. Ainsi, la surface du via est plate et peut être utilisée comme un connecteur normal pour les contacts du boîtier BGA. Cette solution peut être utilisée à la fois pour les microvias empilés et décalés et/ou pour les vias borgnes. La norme IPC 4761 décrit la préparation des via-in-pads, par exemple ceux qui sont recouverts et remplis (IPC 4761 Type VII). En dépit de coûts de fabrication plus élevés, les via-in-pads sont préférables, car leur densité d'intégration de boîtiers BGA est plus importante et leur induction est plus faible à fréquence élevée (qualité du signal).

Pour le routage de sortance dans Altium Designer, vous pouvez choisir entre une sortance classique (Auto ou BGA) ou un via-in-pad BGA. Pour le routage de sortance classique, Altium Designer offre tous les réglages nécessaires pour orienter la sortance (depuis la pastille), que le via soit placé au milieu des bornes du boîtier BGA ou non (mode de placement du via). Le via est placé entre les broches d'un BGA dans la plupart des cas, car c'est la solution la moins coûteuse et la plus facile à fabriquer.

Image 4. Contrôle de la sortance - Éditeur de règles de conception dans Altium Designer

Le via est souvent décalé en direction des broches. Le routage d'échappement est optimisé avec cette connexion « en dehors de la grille ». Cependant, une nouvelle stratégie de routage de l'échappement et de la sortance doit être définie pour chaque BGA. Disponible dans la plupart des systèmes de CAO, l’autorouteur classique atteint rapidement ses limites.

Image 5. Différentes répartitions de broches pour le routage de sortance et d'échappement des matrices de billes.

Image 5. Différentes répartitions de broches pour le routage de sortance et d'échappement des matrices de billes.

Les progrès de la fabrication des PCB ont permis d’intégrer les caractéristiques fines nécessaires aux boîtiers BGA. Les largeurs des pistes et la taille minimale des vias ont largement diminué. L'interconnexion à haute densité (HDI) est devenue de plus en plus courante pour les cartes à grande vitesse avec un placement de pièces très dense.

Une taille de 0,45 mm (18 mils) pour la pastille et un diamètre de perçage de 0,15 mm (6 mils) sont la norme pour les connexions traversantes avec une épaisseur de cuivre de 35 μm (1 oz). Contactez votre fabricant de PCB pour déterminer leurs minimums exacts pour ces dimensions et d'autres dimensions de fabrication critiques.

Lorsque vous travaillez avec des BGA, des pistes plus étroites peuvent être utilisées à proximité pour faciliter la sortance des signaux du boîtier. Cependant, il est pratiquement impossible de préserver une impédance cible avec des pistes de moins de 4 mils sur des matériaux courants. Par conséquent, ces pistes devraient uniquement être utilisées à proximité du dispositif et pas sur l’ensemble du circuit imprimé.

Conclusion

Les concepteurs de PCB sont maintenant habitués à la miniaturisation constante des cartes et des composants. Cette tendance devrait persister à long terme. Les nouvelles technologies, telles que les via-in-pads, les pistes plus étroites proches de la conception schématique des BGA, et les règles de conception de PCB incorporées dans Altium Designer, apportent aux concepteurs les outils nécessaires pour agencer ces dispositifs caractérisés par une forte densité des signaux. De plus, ActiveRoute offre la possibilité de laisser l'outil gérer le routage de la sortance sous le contrôle total du concepteur. L'utilisation de ces outils peut rendre le routage et la sortance des matrices de billes aussi faciles que possible.

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