Utilisation des stratégies de déploiement pour maximiser l'espace utilisé d'un circuit imprimé

Un de mes collègues plaisante souvent sur la simplicité de la conception des circuits imprimés « à son époque ».

J'ai toujours considéré ces commentaires comme de l'humour « de vieux », jusqu'au jour où j'ai réalisé à quel point mes conceptions de circuits imprimés étaient devenues denses.

La direction insistait pour que mes cartes électroniques soient de plus en plus petites, ce qui a entraîné des problèmes importants de routage et mes stratégies de déploiement de type « dog bone » n'aidaient plus.

Dans la conception de circuits intégrés, le déploiement fait référence au nombre d'entrées de portes logiques auxquelles une sortie de grille peut être connectée. La méthode de déploiement de type « dog bone » a beau être vérifié par le temps, il convient de prendre en considération les mérites d'une approche de déploiement de type « via-in-pad » pour des applications spécifiques, et d'examiner les différents éléments qui doivent être pris en compte lors de l'élaboration d'une stratégie de déploiement.

Stratégie de routage par BGA: éléments à prendre en compte

Voici quelques éléments de contexte afin d'expliquer l'importance des stratégies de déploiement et de détailler ce qu'est le déploiement dans la conception de circuits imprimés. Les boîtiers matriciels à billes (BGA) sont utilisés dans de nombreux dispositifs à semi-conducteurs et microprocesseurs d’aujourd’hui.

L'assemblage par BGA implique un nombre croissant d'E/S, ce qui fait du routage de secours à signaux un défi important d'ingénierie pour les concepteurs de circuits imprimés.

Les BGA « fine pitch » nécessitent souvent le placement diagonal de tapis de capture. Le déploiement de type « Flared dog bone » peut permettre un partitionnement efficace, et c'est une méthode privilégiée pour le déploiement de tapis de BGA.

Avec la prévalence croissante des BGA, la densité et la complexité de la conception, le nombre de broches plus élevé et la taille de plus en plus réduite, l'élaboration de directives claires de routage des cartes avec des BGA « high-pin » et « fine-pitch » est un défi en constante évolution.

La tâche du concepteur de circuits imprimés est de développer des stratégies de déploiement qui n’ont pas d’impact négatif sur la qualité de fabrication des cartes et leur utilisation.

Une stratégie efficace de routage des cartes de circuits imprimés comprend un certain nombre de variables, notamment :

• Numéro de broche d'E/S

• Taille du tapis de BGA

• Largeur des pistes

• Couches nécessaires pour sortir le BGA

• Pitch entre les billes

• Diamètre du tapis

• Types de via

Pour un ingénieur en électricité, un architecte produit ou un layout designer, il est important de prévoir des conceptions fonctionnelles qui tiennent également compte du coût des matériaux.

Pour tenir compte des coûts, les concepteurs de circuits imprimés sont souvent contraints de réduire les couches des cartes. Ce besoin doit cependant également être équilibré avec les couches nécessaires pour échapper adéquatement aux pistes de signaux des BGA.

Quand passer aux micromatrices

Au moment de choisir entre le déploiement de type « dog bone » et le déploiement de type « via-in-pad », vous devez penser au pitch. Le pitch est simplement l'espace entre le centre d'une bille de matrice à billes et le centre d'une autre bille de la matrice.

Le déploiement de type « dog bone » est généralement utilisé pour accueillir les BGA avec un pitch de 0,5 mm ou plus. Le déploiement de type « via-in-pad » est souvent utilisé avec des micromatrices de billes qui ont un pitch ultra-fin (< 0,5 mm).

Le déploiement de type « dog bone » est unique en ceci qu'il crée une partition avec quatre quadrants, avec un canal central dans la matrice à billes qui fait courir plusieurs pistes à partir du milieu. La détermination de la taille de via nécessaire pour le déploiement est essentielle (et dépend également de variables telles que l'épaisseur du circuit imprimé, la quantité de pistes en cours d'acheminement et le pitch du dispositif).

Si vous êtes comme moi et que vous utilisez constamment des micro matrices à billes, alors vous devriez envisager de configurer votre conception pour les microvias percées au laser.

En ce qui concerne la profondeur, les microvias ont l'avantage d'être alignés avec précision. Ils sont complètement remplis de cuivre et plats à la surface de la carte.

Une technique d’économie d’espace que j’ai découverte suggère avec raison de travailler votre conception de déploiement depuis la ligne externe du boîtier à billes vers la ligne interne, où les lignes internes sont déposées vers le bas d’une couche de leur ligne externe respective afin qu’elles puissent se déployer sans être physiquement bloquées.

Cette approche permet de tirer le meilleur parti des couches de votre carte et maximise l'espace en minimisant la profondeur et le diamètre des perçages.

Comment mettre en œuvre efficacement des stratégies de déploiement dans votre conception de circuits imprimés

Lors de l’élaboration de modèles de déploiement avec Altium Designer^®, il est important de garder à l’esprit la règle Fanout Control (dans la catégorie Routage). Cette règle fonctionne de façon à offrir des options lors du déploiement des composants de montage de surface connectant le signal et/ou les réseaux du plan d'alimentation.

Dans les conceptions haute densité (comme c'est souvent le cas avec les BGA modernes), l'espace de routage est particulièrement serré, et cette règle deviendra votre meilleur allié pour permettre le routage de votre carte.

Avec un logiciel de conception de circuits imprimés facile à utiliser, vous pourrez, dans 20 ans, raconter à vos collègues plus jeunes à quel point les directives de conception de circuits imprimés étaient simples « à votre époque ».