Suggerimenti per il Routing PCB: Navigare tra le Opzioni di Fanout BGA

Tom è salito di grado nella sua azienda fino a diventare il nuovo vicepresidente. Aveva lavorato sodo, costruito relazioni e costantemente ampliato la sua conoscenza sull'azienda. Sfortunatamente, Tom ha anche contratto una grave malattia chiamata acronimiti che si è diffusa come la peste in settori chiave dell'azienda. Per quanto ci provasse, Tom non riusciva a resistere al parlare in acronimi. A volte, sua moglie lo sentiva parlare nel sonno—in acronimi.

Sfortunatamente, l'unica cura conosciuta per l'acronimiti è un elisir oscuro venduto un tempo da ciarlatani ambulanti durante la metà del 1800. Sebbene l'elisir avesse lo stesso aspetto, consistenza e sapore dell'acqua di ruscello, poteva curare qualsiasi uomo, donna o bambino dal spiegare che “Il CMR per DER offerto da un TPS è stato studiato da FERC, NERC, RTOs e ISOs.”

Gli Acronimi Non Muoiono — Semplicemente Svaniscono Lentamente

Il mondo dell'assemblaggio delle PCB è certamente pieno di acronimi. I Ball Grid Array (BGA) permettono ai progettisti di PCB di instradare facilmente connessioni ad alta densità verso i circuiti integrati. Il lato inferiore del pacchetto di chip della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) stabilisce la connettività mentre il lato superiore dell'array fornisce un pacchetto facile da usare per circuiti integrati (IC) come gli array di gate programmabili in campo (FPGA), i circuiti integrati specifici per applicazione (ASIC), i microcontrollori e i microprocessori che hanno più di 100 pin. Con i pin posizionati in un modello a griglia nella parte inferiore del pacchetto, ogni pin ha un pad con una pallina di saldatura che crea una connessione elettrica con un pad di rame corrispondente nel circuito stampato. I Ball Grid Array hanno un'induttanza di guida bassa a causa della minore lunghezza dei lead all'interno del dispositivo.

I BGA risparmiano spazio permettendo l'esistenza di connessioni sotto il pacchetto in stile quad flat pack così come intorno ai pacchetti BGA. Man mano che le tecnologie SMT sono migliorate, i produttori hanno prodotto diversi tipi di Ball Grid Array con migliori caratteristiche termiche ed elettriche:

I BGAs forniscono i piani di alimentazione e di terra per basse induttanze, impedenze controllate per i segnali e ampi spazi tra i collegamenti per un miglior contatto di saldatura. Lo spessore ridotto del pacchetto BGA osservato nei BGAs funziona bene per prodotti elettronici più sottili.

Poiché i BGA hanno una bassa resistenza termica, i pacchetti BGA smaltiscono il calore lontano dai pad. Qualsiasi calore generato da un circuito integrato si trasmette sul PCB. Da un punto di vista dell'efficienza, i dispositivi BGA possono generare più calore senza utilizzare ventole o dissipatori di calore. È essenziale utilizzare le corrette tecniche di routing BGA quando si tracciano le piste sul proprio PCB.

Mantieni l'occhio sulla palla

Indipendentemente dal tipo, ogni Ball Grid Adapter ha caratteristiche che influenzano la larghezza minima della traccia, gli stili dei via e il numero di strati richiesto. Mentre il Diametro della Palla rappresenta il diametro della palla di saldatura, il passo descrive lo spazio tra due palle adiacenti. I diametri delle palle e le configurazioni del passo variano con i diversi tipi di progetti BGA.

Assicurati di sapere come navigare un BGA prima di tentare di progettare con uno.

Oltre al diametro della sfera e al passo, i BGA hanno impronte che dipendono dal numero di pin e dal numero di righe e colonne equidistanti che compongono la griglia. Hanno anche diversi conteggi di pin con i pin disposti in righe e colonne equidistanti che formano la griglia. Mentre il diametro nominale della sfera per un BGA dipende dall'impronta, la dimensione del pad utilizzato per il circuito stampato dipende anche dall'impronta e dalla scelta tra pad definiti da maschera di saldatura (SMD) o pad non definiti da maschera di saldatura (NSMD). È possibile determinare la distanza tra i pad adiacenti sottraendo il diametro del pad dal passo.

Contare i Pin Vi Farà Venire Sonno

I BGA possono avere fino a 1000 pin. Il numero elevato di pin richiede più strati di segnale per il routing delle tracce. Una delle sfide che i progettisti devono affrontare lavorando con i fanout dei BGA riguarda la ricerca di percorsi di uscita che non creino problemi di fabbricazione o di rumore. La vostra strategia di fanout deve considerare il numero di pin di segnale, le dimensioni dei pad e delle vie del BGA, la larghezza e lo spazio delle tracce, e il numero di strati di segnale richiesti per il fanout.

Le tue decisioni riguardo alla larghezza delle tracce, al numero di strati e di vie dipendono dagli standard raccomandati dai produttori così come dal costo complessivo. La dimensione delle vie dipende dallo spessore del PCB, dal numero di tracce instradate da un'area della via e dal passo del dispositivo. Ogni strato aggiuntivo aumenta il costo del PCB. Inoltre, il tuo team di progettazione può decidere di ridurre le possibilità di interferenza posizionando gli strati di segnale tra gli strati di piano di massa. Diminuire lo spazio tra le tracce causa un aumento nel costo di fabbricazione della scheda.

Minimizzare il numero di pin di I/O del segnale comporta un minor numero di strati. Puoi calcolare il numero di strati di segnale necessari per un BGA allocando uno strato di segnale per ogni due righe o colonne di pin. Con questa conoscenza in mano, puoi iniziare a determinare la tua larghezza di traccia e instradare le tracce dai pad. La tua strategia di fanout del BGA dipende anche da fattori come il passo delle sfere, il diametro del land, i tipi di via e lo spazio tra le tracce.

Avere uno strumento di routing efficace ti permetterà di assicurare che il tuo design sia sicuro attraverso la produzione.

Il routing per un tipico fanout BGA inizia con lo strato più esterno, con le tracce che si irradiano verso l'esterno senza vie. Man mano che si passa al secondo strato, è possibile posizionare tracce tra pad adiacenti e tracce. Mantenere la corretta distanza tra i pad adiacenti. Mentre si lavora con le tracce dello strato più esterno e del secondo strato, si utilizzerà tutto lo spazio disponibile per i percorsi.

Con tutto lo spazio per i percorsi già utilizzato, sarà necessario introdurre un secondo strato di segnale per il routing delle tracce dei pad interni. È possibile utilizzare una tecnica chiamata "dog bone" per permettere alle tracce di un insieme di pad di passare a un diverso livello di segnale o piano. Il "dog bone" si basa sul posizionamento di una via al centro di quattro pad adiacenti. Con questa configurazione, una traccia corta di almeno 0,005 pollici passa dal pad del BGA attraverso la via. Utilizzare il dog bone permette di accedere ai pad interni tramite un altro strato. Le vie devono adattarsi tra i pad mantenendo la corretta distanza di sicurezza.

Mentre stabilisci il fan-out a forma di osso di cane, scopri che il metodo divide il PCB in quattro quadranti. L'area tra due via definisce un canale per il passaggio delle tracce. Mentre l'area del canale tra pad via adiacenti stabilisce l'area più piccola per il routing del segnale, un canale largo nel mezzo del BGA collega più tracce.

I fan-out a forma di osso di cane funzionano con BGA con un passo delle sfere di 0,5 millimetri o superiore. Il passo delle sfere più elevato consente di instradare una o due tracce attraverso un canale. I progettisti utilizzano un'altra tecnica di routing BGA chiamata "via in pad" per i BGA che hanno un passo delle sfere inferiore a 0,5 millimetri. La tecnologia "via in pad" (VIP) posiziona la via direttamente sotto il pad di saldatura e richiede un ulteriore passaggio per sigillare il pad.

I produttori pubblicano linee guida di progettazione per assisterti con i fanout dei BGA. Software di progettazione PCB come Altium Designer^® include regole che specificano le opzioni di fanout per espandere i pad che si collegano alle reti di piani di segnale o di alimentazione. Combinare le linee guida dei produttori con le regole del software di progettazione massimizza le tue possibilità di instradare con successo la tua scheda. Parla oggi con un esperto Altium per saperne di più.