Utilizzare le strategie di fanout per ottimizzare le schede a circuito stampato

Nel settore della progettazione dei circuiti integrati, il termine “fanout” fa riferimento al numero di numero di porte logiche che possono essere collegate all’uscita di una porta logica. Se la validità del fanout a osso di cane è ormai comprovata e consolidata, vale la pena prendere in considerazione anche i vantaggi di un approccio di fanout che utilizza i via in pad per alcune applicazioni specifiche e di esaminare i vari aspetti che dovrebbero essere tenuti in considerazione durante lo sviluppo di una strategia di fanout BGA.

Considerazioni chiave durante la pianificazione di una strategia di routing BGA

Di seguito espongo le ragioni per cui le strategie di fanout sono importanti e descrivo nel dettaglio che cos’è il fanout nella progettazione di PCB. Le matrici a griglia di sfere (BGA) oggi vengono utilizzate nella maggior parte dei semiconduttori e nei microprocessori. L'imballaggio delle BGA comporta un numero crescente di I/O, rendendo il routing della dispersione del segnale una notevole sfida per coloro che progettano PCB. Le BGA fine-pitch spesso richiedono il posizionamento in diagonale dei capture pad. La configurazione fanout a osso di cane a raggiera è in grado di consentire una partizione efficace e rappresenta il metodo di fanout preferito per le schede BGA. Considerando la sempre maggiore diffusione delle BGA, la loro densità e complessità progettuale, oltre alle dimensioni sempre più ridotte, trovare linee guida chiare per il routing delle schede con BGA high-pin e fine-pitch rappresenta una sfida in continua evoluzione.

Considerando la sempre maggiore diffusione delle BGA, la loro densità e complessità progettuale, oltre alle dimensioni sempre più ridotte, trovare linee guida chiare per il routing delle schede con BGA high-pin e fine-pitch rappresenta una sfida in continua evoluzione. Per una strategia di routing dei circuiti stampati è necessario considerare una serie di fattori, tra cui:

• Numero di pin I/O

• Dimensioni della scheda BGA

• Larghezza della spaziatura tra le tracce

• Strati necessari per eseguire l’escape delle BGA

• Pitch delle sfere

• Diametro della terra

• Tipologie dei fori di via

Gli ingegneri elettronici, i designer dei prodotti e dei layout che collaborano a un progetto devono elaborare progetti funzionali che tengano in considerazione anche i costi dei materiali. Tenendo presenti i costi, coloro che progettano PCB si trovano spesso in difficoltà quando gli viene richiesto di ridurre le dimensioni dei layout delle schede. Questa necessità deve essere bilanciata con gli strati richiesti per eseguire adeguatamente l’escape delle tracce del segnale BGA.

Quando implementare soluzioni micro

Quando si deve decidere se utilizzare un fanout a osso di cane o via in pad, è necessario considerare il pitch. Il pitch è lo spazio tra il centro di una sfera BGA e il centro di della sfera successiva. Il fanout a osso di cane normalmente viene utilizzato per BGA con pitch a partire da 0,5 mm. Il fanout via in pad viene spesso utilizzato con le micro BGA con pitch ultra-fine, ossia inferiore a 0,5 mm.

Il fanout via in pad viene spesso utilizzato con le micro BGA con pitch ultra-fine, ossia inferiore a 0,5 mm. Determinare le dimensioni dei fori di via per il fanout è fondamentale e anche questo aspetto dipende da alcune variabili quali lo spessore del circuito stampato e la quantità di tracce per cui si esegue il routing oltre che il pitch del dispositivo.

Se, come me, state utilizzando sempre di più le micro BGA, allora vi consiglio di progettare un design che sia compatibile con i microfori di via realizzati con il laser. I microfori di via hanno il vantaggio di essere esattamente allineati in termini di profondità, sono riempiti completamente di rame e sono complanari rispetto alla superficie del circuito. Una tecnica per ottimizzare l’utilizzo dello spazio, che ho scoperto recentemente, suggerisce di iniziare a progettare il fanout dalla riga esterna della BGA spostandosi verso quella interna, in modo che le righe interne siano poste a uno strato inferiore rispetto alle rispettive righe esterne e possano diramarsi senza essere bloccate fisicamente. Questo approccio consente di utilizzare al meglio gli strati del circuito, di ottimizzare l’utilizzo dello spazio riducendo, al contempo, la profondità e il diametro di perforazione.

Come implementare in modo efficiente le strategie di fanout nella progettazione delle schede a circuito stampato

Quando si progettano layout fanout con Altium Designer^®, è molto importante tenere presente la regola del controllo del fanout (nella categoria Routing). In base a questa regola, vengono proposte varie opzioni quando si lavora a un layout di fanout per i componenti montati in superficie che connettono il segnale e/o le reti del piano di alimentazione. Nelle progettazioni ad alta densità, come avviene spesso con le BGA moderne, lo spazio di routing è particolarmente ridotto e questa regola risulterà davvero molto utile per ottenere la corretta progettazione del routing del circuito.