PCB 라우팅 팁: BGA 팬아웃 옵션 탐색하기

Tom은 회사 내에서 승진하여 새로운 부사장이 되었습니다. 그는 열심히 일하고, 관계를 맺으며, 회사에 대한 지식을 꾸준히 쌓아왔습니다. 하지만 불행히도 Tom은 회사의 주요 부문에 전염병처럼 퍼진 심각한 질병인 약어병(acronymitis)에 걸렸습니다. Tom은 아무리 노력해도 약어를 사용하지 않고는 말할 수 없었습니다. 때로는 그의 아내가 그가 잠꼬대로 약어를 사용해 말하는 것을 들을 수 있었습니다.

불행히도 약어병에 대한 유일한 알려진 치료법은 1800년대 중반에 여행하는 사기꾼들이 판매하던 알 수 없는 엘릭서입니다. 이 엘릭서는 시냇물과 같은 외관, 일관성, 그리고 맛을 가졌지만, “TPS가 제공하는 DER에 대한 CMR이 FERC, NERC, RTOs, ISOs에 의해 연구되었다”고 설명하는 모든 남성, 여성, 아이를 치료할 수 있었습니다.

약어는 죽지 않는다 — 그저 서서히 사라질 뿐

PCB 조립의 세계는 확실히 약어의 부족함이 없습니다. 볼 그리드 어레이(BGA)는 PCB 설계자들이 집적 회로에 고밀도 연결을 쉽게 라우팅할 수 있게 해줍니다. 표면 실장 기술(SMT) 칩 패키지의 하단은 연결성을 확립하는 반면, 어레이의 상단은 100개 이상의 핀을 가진 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서와 같은 집적 회로(IC)에 사용하기 쉬운 패키지를 제공합니다. 패키지 하단에 그리드 패턴으로 배치된 각 핀은 인쇄 회로 기판의 일치하는 구리 패드에 전기적 연결을 생성하는 솔더 볼이 있는 패드를 가지고 있습니다. 볼 그리드 어레이는 장치 내의 더 짧은 리드 길이 때문에 낮은 리드 인덕턴스를 가집니다.

BGA는 쿼드 플랫 팩 스타일 패키지 아래뿐만 아니라 BGA 패키지 주변에 연결이 존재할 수 있게 함으로써 공간을 절약합니다. SMT 기술이 개선됨에 따라, 제조업체들은 더 나은 열적 및 전기적 특성을 가진 다양한 유형의 볼 그리드 어레이를 생산했습니다:

BGA는 낮은 인덕턴스를 위한 전력 및 접지 평면, 신호를 위한 제어된 임피던스, 그리고 더 나은 솔더 접촉을 위한 연결 사이의 넓은 간격을 제공합니다. BGA에서 관찰된 감소된 BGA 패키지 두께는 더 얇은 전자 제품에 잘 맞습니다.

BGA는 낮은 열 저항을 가지고 있어, BGA 패키지는 패드에서 열을 배출합니다. 집적 회로에서 발생하는 모든 열은 PCB로 전도됩니다. 효율성 측면에서, BGA 장치는 팬이나 히트싱크를 사용하지 않고도 더 많은 열을 발생시킬 수 있습니다. PCB 상의 트레이스를 라우팅할 때 올바른 BGA 라우팅 기술을 사용하는 것이 중요합니다.

볼을 주시하세요

유형에 관계없이 모든 볼 그리드 어댑터는 최소 트레이스 폭, 비아 스타일, 필요한 레이어 수에 영향을 미치는 특성을 가지고 있습니다. 볼 직경은 솔더 볼의 직경을 나타내며, 피치는 인접한 두 볼 사이의 간격을 설명합니다. 볼 직경과 피치 구성은 BGA 디자인의 다양한 유형에 따라 다릅니다.

BGA를 다루는 방법을 알기 전에 하나를 설계하려고 시도하지 마십시오.

볼 직경과 피치 외에도, BGA는 핀의 수와 그리드를 구성하는 균등하게 배치된 행과 열의 수에 따라 다른 풋프린트를 가집니다. 또한, 핀이 균등하게 배치된 행과 열로 구성된 다른 핀 수를 가지고 있습니다. BGA의 명목상 볼 직경은 풋프린트에 따라 다르며, 인쇄 회로 기판에 사용되는 패드 크기도 풋프린트와 솔더 마스크 정의(SMD) 또는 비 솔더 마스크 정의(NSMD) 패드의 선택에 따라 달라집니다. 인접한 패드 사이의 거리는 피치에서 패드의 직경을 빼서 결정할 수 있습니다.

핀 세기는 졸립니다

BGA는 최대 1000개의 핀을 가질 수 있습니다. 많은 수의 핀은 트레이스를 라우팅하기 위해 여러 신호 레이어가 필요하다는 것을 의미합니다. BGA 팬아웃을 작업하는 디자이너가 직면하는 도전 중 하나는 제작이나 노이즈 문제를 일으키지 않는 출구 경로를 찾는 것입니다. 팬아웃 전략은 신호 핀의 수, BGA 패드 및 비아 크기, 트레이스 폭 간격, 그리고 팬아웃에 필요한 신호 레이어의 수를 고려해야 합니다.

트레이스 폭, 레이어 수, 비아 수에 대한 결정은 제조업체가 권장하는 표준뿐만 아니라 전체 비용에 따라 달라집니다. 비아의 크기는 PCB 두께, 비아의 한 영역에서 라우팅된 트레이스 수, 디바이스 피치에 따라 달라집니다. 추가 레이어는 PCB의 비용을 증가시킵니다. 또한, 설계 팀은 신호 레이어를 접지 평면 레이어 사이에 샌드위치하여 노이즈의 기회를 줄이기로 결정할 수 있습니다. 트레이스 간격을 줄이면 보드 제작 비용이 증가합니다.

신호 I/O 핀의 수를 최소화하면 레이어 수가 줄어듭니다. BGA에 필요한 신호 레이어 수를 계산할 때는 핀의 행이나 열마다 신호 레이어를 하나씩 할당함으로써 계산할 수 있습니다. 이러한 지식을 갖추고 나면, 트레이스 폭을 결정하고 패드에서 트레이스를 라우팅하기 시작할 수 있습니다. BGA 팬아웃 전략도 볼 피치, 랜드 직경, 비아 유형, 트레이스 간격과 같은 요소에 따라 달라집니다.

강력한 라우팅 도구를 갖추면 설계가 생산을 통해 안전하게 유지될 수 있습니다.

일반적인 BGA 팬아웃 라우팅은 가장 바깥쪽 레이어에서 시작하여, 트레이스가 바깥쪽으로 방사형으로 퍼져 나가며 비아 없이 진행됩니다. 두 번째 레이어로 넘어가면서 인접한 패드와 트레이스 사이에 트레이스를 배치할 수 있습니다. 인접한 패드 사이에 올바른 거리를 유지하세요. 가장 바깥쪽 레이어와 두 번째 레이어의 트레이스를 작업하면서, 모든 가능한 공간을 경로에 사용할 것입니다.

모든 경로 공간을 이미 사용한 상태에서, 내부 패드 트레이스의 라우팅을 위해 두 번째 신호 레이어를 도입해야 할 필요가 있습니다. "도그 본"이라고 불리는 기술을 사용하여 한 세트의 패드에서 다른 신호 또는 평면 레벨로 트레이스가 지나갈 수 있도록 할 수 있습니다. "도그 본"은 네 개의 인접한 패드 중앙에 비아를 배치하는 것에 의존합니다. 이 구성을 통해, BGA 패드에서 비아를 통해 최소 0.005인치 길이의 짧은 트레이스가 지나갑니다. 도그 본을 사용하면 다른 레이어가 내부 패드에 접근할 수 있습니다. 비아는 패드 사이에 맞으면서 올바른 클리어런스를 유지해야 합니다.

도그 본 팬아웃을 설정함에 따라, 이 방법이 PCB를 네 개의 사분면으로 분할한다는 것을 알게 됩니다. 두 비아 사이의 영역은 트레이스를 실행하기 위한 채널을 정의합니다. 인접한 비아 패드 사이의 채널 영역은 신호를 라우팅하기 위한 최소 영역을 설정하는 반면, BGA 중앙의 넓은 채널은 여러 트레이스를 연결합니다.

도그 본 팬아웃은 0.5 밀리미터 이상의 볼 피치를 가진 BGA와 함께 작동합니다. 높은 볼 피치는 채널을 통해 하나 또는 두 개의 트레이스를 라우팅할 수 있게 합니다. 디자이너들은 볼 피치가 0.5 밀리미터보다 낮은 BGA에 대해 "비아 인 패드"라고 불리는 다른 BGA 라우팅 기술을 사용합니다. "비아 인 패드"(VIP) 기술은 솔더 패드 바로 아래에 비아를 배치하고 패드를 밀봉하기 위한 추가 단계를 요구합니다.

제조업체들은 BGA 팬아웃을 돕기 위한 디자인 가이드라인을 발행합니다. Altium Designer^®와 같은 PCB 디자인 소프트웨어는 신호 또는 전력 평면 네트워크에 연결되는 패드를 팬아웃하는 옵션을 지정하는 규칙을 포함합니다. 제조업체 가이드라인과 디자인 소프트웨어 규칙을 결합하면 보드를 성공적으로 라우팅할 가능성을 최대화합니다. 오늘 Altium 전문가와 대화하세요 더 알아보기 위해.