Правила проектирования печатных плат для размещения микросхем на плате

Революция в области упаковки продолжает стремительно развиваться, и разработчики печатных плат находятся в уникальном положении, чтобы извлечь из этого революции максимальную пользу. Существует один тип упаковки, который будет гораздо более знаком разработчикам печатных плат и который не требует специального программного обеспечения для упаковки для его реализации. Этот метод упаковки - технология монтажа кристалла на плату, когда полупроводниковый кристалл напрямую прикрепляется к печатной плате.
Как и в случае с любым уникальным подходом к проектированию, существуют определенные правила, которым следует следовать при начале разработки с использованием технологии монтажа кристалла на плату. Эти правила охватывают компоновку и размещение, а также проектирование соединений и правила разводки для более сложных микросхем.

Монтаж кристалла на печатной плате

При использовании подхода монтажа кристалла на плату полупроводниковый кристалл с открытыми контактами напрямую припаивается к ПП. Другими словами, нет каркаса для проволочного соединения, нет керамической/эпоксидной упаковки и нет промежуточного слоя/подложки. После прикрепления кристалл может быть упакован непосредственно на ПП с использованием эпоксидного заливочного состава, который защитит кристалл и любые соединительные площадки от повреждений.

Существует два распространенных метода размещения и монтажа кристалла на плату в стандартной ПП:

• Прямое соединение проводами от печатной платы к кристаллу
• Сборка типа "flip-chip", при которой чип крепится аналогично BGA

После крепления и сборки чип обычно заливается эпоксидной смолой или покрывается конформным покрытием, каждое из которых может быть отверждено термически или под действием УФ-излучения. В разводке печатной платы наиболее важным моментом является создание такого контактного площадка, которое позволит закрепить кристалл на печатной плате.

Пример с использованием технологии Flip-Chip

Пример с использованием технологии flip-chip (иногда называемой flip-chip на плате (FCOB)) показан на изображении ниже. Здесь показан не защищенный капсулой чип, который был припаян непосредственно к печатной плате, аналогично тому, как это делается с BGA fanout. Важным материалом здесь является подливка, которая заливает паяные соединения и защищает их от избыточного механического напряжения. Ламинат печатной платы может быть стандартным материалом FR4 или каким-то более специализированным материалом (гибкий, PTFE и т.д.).

В этом подходе необходимо разработать посадочное место, аналогичное посадочному месту для BGA, но процесс сборки будет отличаться. В технологии FCOB припой наносится непосредственно на печатную плату, он не прикрепляется к кристаллу. Затем чип устанавливается так же, как и любой другой компонент SMD, и проходит процесс переплавки вместе с другими компонентами. Поэтому для обеспечения надежной сборки необходимо выполнить некоторую разработку посадочного места с точки зрения DFA.

PCB Layout

An integrated PCB editor along with real-time connection to multiple domains.

Explore Solutions

Я бы рекомендовал следовать аналогичным рекомендациям по размерам площадок BGA, но исходя из размера бугорка, а не размера шарика. Затем необходимо использовать маску припоя и маску паяльной пасты для установки размера открытой площадки в пределах, которые обычно используются для BGA. Если шаг бугорков достаточно большой, чтобы оставить большие полосы маски припоя, тогда используйте маску припоя как заградитель (площадка SMD). В противном случае используйте площадку NSMD, чтобы предотвратить отслаивание полос маски припоя между бугорками.

Пример с использованием проволочной связи

На изображении ниже показан пример соединения проводами. В этом примере подложка с кристаллом припаяна непосредственно к печатной плате, а соединительные провода прикреплены между контактными площадками вокруг чипа и контактами на кристалле. В таком дизайне настоятельно рекомендуется использовать эпоксидную заливку для защиты соединительных проводов и кристалла от воздействия окружающей среды. Это, прежде всего, предотвратит коррозию, а также защитит провода от механических повреждений.

При создании контактных площадок для соединения проводами на печатной плате, площадки обычно делаются с запасом размера, что хорошо видно на изображении выше. Параметры, которые следует учитывать для контактных площадок, включают:

• Размер контактной площадки
• Шаг контактной площадки
• Форма контактной площадки

Квадратные площадки приемлемы, хотя прямоугольные площадки могут повторять размер площадки, используемый в компоненте после упаковки кристалла (например, в корпусах QFN или LQFP). Контактные шарики, используемые для соединения провода с печатной платой, будут очень тонкими, достигая ширины 20 до 30 микрон. Соответствующая ширина контактной площадки может составлять от 50 до 150, при этом тот же параметр используется для шага площадки. Используя данные о шаге и размерах площадок, вы можете затем разместить массив площадок на контактной площадке печатной платы для соединительных проводов.

Более современные технологии монтажа микросхем на плату

Более современные технологии монтажа микросхем на плату используют контактные бугорки на нижней стороне кристалла (например, как в примере с обратным монтажом, показанном выше).

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

Идея усовершенствования конструкции микросхем на плате связана с двумя аспектами: шагом между контактами или бугорками на нижней стороне кристалла и скоростью, с которой эти системы должны работать. Так же, как и в случае с BGA с очень мелким шагом, где шаг между площадками может требовать проходных отверстий в площадках и скрытых/закрытых переходных отверстий, монтаж микросхем на плату может потребовать того же. Кроме того, скорость работы этих кристаллов и их интерфейсов исключает любую стандартизацию, за исключением вычислительных интерфейсов, таких как USB, PCIe и т.д.

Почему мы используем эти более современные кристаллы в подходе монтажа микросхем на плату вместо разработки подложки или интерпозера? Существует несколько причин для этого, и трудно обобщить для каждой ситуации. Испытательные платы, эксперименты с соединениями между микросхемами и простая нехватка производственных мощностей для подложек/интерпозеров - все это причины использования монтажа микросхем на плату.

Чтобы убедиться, что вы можете достичь целевых показателей производительности с более современными конструкциями микросхем на плате, воспользуйтесь этими ресурсами:

• Используйте калькулятор импеданса переходных отверстий для любых разветвлений переходных отверстий от кристалла
• . Убедитесь, что вы знаете импеданс и используете калькулятор импеданса на основе уравнений Ваделла
• . Проконсультируйтесь с вашим производителем и определите пределы размеров переходных отверстий или необходимость в лазерном сверлении
• . Чтобы избежать необходимости в более тонких элементах поверхностного слоя, используйте ламинат с низким Dk для поддержки кристалла
• . Убедитесь, что вы применяете соответствующее покрытие поверхности, которое подходит для проволочной связки

. Если вы только начинаете заниматься дизайном упаковки чипа на плате и разработкой печатных плат, убедитесь, что вы используете полный набор инструментов для проектирования продуктов в Altium Designer^®. Когда вы закончите свой дизайн и захотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365™ упрощает совместную работу и обмен проектами. Посмотрите ежемесячные обновления функций в Altium Designer.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions