Mẹo Đi dây PCB: Lựa Chọn và Sử Dụng Các Tùy Chọn Fanout BGA

Tom đã thăng tiến qua các cấp bậc trong công ty để trở thành phó chủ tịch mới. Anh ấy đã làm việc chăm chỉ, xây dựng mối quan hệ, và liên tục nâng cao kiến thức về công ty. Thật không may, Tom cũng mắc một căn bệnh nghiêm trọng gọi là bệnh viết tắt, lan truyền như dịch bệnh qua các ngành quan trọng của công ty. Dù cố gắng, Tom không thể kháng cự việc nói bằng viết tắt. Đôi khi, vợ anh ta nghe thấy anh ta nói mê trong giấc ngủ—bằng viết tắt.

Thật không may, phương thuốc duy nhất được biết đến cho bệnh viết tắt là một loại dược phẩm kỳ lạ từng được bán bởi những người bán hàng rong trong thế kỷ 19. Mặc dù dược phẩm có vẻ ngoài, độ đặc, và hương vị giống như nước suối, nhưng nó có thể chữa khỏi cho bất kỳ người đàn ông, phụ nữ, hoặc trẻ em nào từ việc giải thích rằng “CMR cho DER được cung cấp bởi một TPS đã được nghiên cứu bởi FERC, NERC, RTOs, và ISOs.”

Viết tắt Không Chết — Chúng Chỉ Mờ Dần Đi

Thế giới của việc lắp ráp PCB chắc chắn không thiếu các từ viết tắt. Ball Grid Arrays (BGA) giúp các nhà thiết kế PCB dễ dàng định tuyến các kết nối mật độ cao tới các mạch tích hợp. Mặt dưới của gói chip công nghệ gắn mặt (SMT) thiết lập kết nối trong khi mặt trên của mảng cung cấp một gói dễ sử dụng cho các mạch tích hợp (IC) như các mảng cổng có thể lập trình trường (FPGA), mạch tích hợp cụ thể ứng dụng (ASICS), bộ điều khiển vi xử lý, và vi xử lý có hơn 100 chân. Với các chân được đặt theo một mô hình lưới ở phía dưới của gói, mỗi chân có một pad với một quả cầu hàn tạo ra kết nối điện tới một pad đồng tương ứng trên bảng mạch in. Ball Grid Arrays có độ tự cảm chì thấp do chiều dài chì ngắn hơn bên trong thiết bị.

BGAs tiết kiệm không gian bằng cách cho phép các kết nối tồn tại dưới gói kiểu quad flat pack cũng như xung quanh các gói BGA. Khi công nghệ SMT được cải thiện, các nhà sản xuất đã sản xuất các loại Ball Grid Arrays khác nhau với các đặc tính nhiệt và điện tốt hơn:

BGA cung cấp các mặt phẳng nguồn và mặt đất cho độ tự cảm thấp, trở kháng được kiểm soát cho tín hiệu, và khoảng cách rộng giữa các kết nối cho mối hàn tốt hơn. Độ mỏng của gói BGA giảm được quan sát trong BGA phù hợp với các sản phẩm điện tử mỏng hơn.

Vì BGA có điện trở nhiệt thấp, gói BGA dẫn nhiệt ra xa khỏi các pad. Bất kỳ nhiệt nào được tạo ra bởi mạch tích hợp đều dẫn lên PCB. Từ góc độ hiệu quả, thiết bị BGA có thể tạo ra nhiều nhiệt hơn mà không cần sử dụng quạt hoặc tản nhiệt. Việc sử dụng các kỹ thuật định tuyến BGA chính xác khi định tuyến các đường mạch trên PCB của bạn cũng rất quan trọng.

Hãy Luôn Chú Ý Đến Quả Bóng

Không phụ thuộc vào loại, mỗi Ball Grid Adapter đều có các đặc tính ảnh hưởng đến chiều rộng đường mạch tối thiểu, kiểu via, và số lượng lớp cần thiết. Trong khi Đường kính Quả Bóng đại diện cho đường kính của quả bóng hàn, khoảng cách mô tả khoảng cách giữa hai quả bóng liền kề. Đường kính quả bóng và cấu hình khoảng cách thay đổi với các loại thiết kế BGA khác nhau.

Hãy chắc chắn bạn biết cách điều hướng một BGA trước khi bạn cố gắng thiết kế với một cái.

Ngoài Đường kính và Khoảng cách giữa các bóng, BGAs còn có kích thước chân dựa vào số lượng chân và số hàng và cột được sắp xếp đều nhau tạo nên lưới. Chúng cũng có số lượng chân khác nhau với các chân được sắp xếp trong các hàng và cột đều nhau tạo nên lưới. Mặc dù đường kính bóng danh nghĩa cho BGA phụ thuộc vào kích thước chân, kích thước pad sử dụng cho bảng mạch in cũng phụ thuộc vào kích thước chân và lựa chọn giữa pad được định nghĩa bởi mặt nạ hàn (SMD) hoặc không được định nghĩa bởi mặt nạ hàn (NSMD). Bạn có thể xác định khoảng cách giữa các pad liền kề bằng cách trừ đường kính của pad khỏi khoảng cách.

Đếm Chân Sẽ Làm Bạn Buồn Ngủ

BGAs có thể có tới 1000 chân. Số lượng chân lớn đòi hỏi nhiều lớp tín hiệu để định tuyến các đường dẫn. Một trong những thách thức mà các nhà thiết kế phải đối mặt khi làm việc với việc phân phối chân BGA là tìm ra lối thoát không gây ra vấn đề về sản xuất hoặc nhiễu. Chiến lược phân phối của bạn phải xem xét số lượng chân tín hiệu, kích thước pad và via của BGA, khoảng cách độ rộng dấu vết, và số lượng lớp tín hiệu cần thiết cho việc phân phối.

Quyết định của bạn về độ rộng dây dẫn và số lượng lớp cũng như vias phụ thuộc vào các tiêu chuẩn được khuyến nghị bởi các nhà sản xuất cũng như tổng chi phí. Kích thước của vias phụ thuộc vào độ dày của PCB, số lượng dây dẫn được định tuyến từ một khu vực của vias, và khoảng cách giữa các thiết bị. Mỗi lớp bổ sung làm tăng chi phí của PCB. Hơn nữa, nhóm thiết kế của bạn có thể chọn giảm cơ hội cho nhiễu bằng cách xếp các lớp tín hiệu giữa các lớp mặt đất. Giảm khoảng cách giữa các dây dẫn gây ra sự tăng chi phí sản xuất bảng mạch.

Giảm thiểu số lượng chân I/O tín hiệu dẫn đến ít lớp hơn. Bạn có thể tính toán số lượng lớp tín hiệu cần thiết cho một BGA bằng cách phân bổ một lớp tín hiệu cho mỗi hai hàng hoặc cột của chân. Với kiến thức đó trong tay, bạn có thể bắt đầu xác định độ rộng dây dẫn và định tuyến dây dẫn từ các pad. Chiến lược phân tán BGA của bạn cũng phụ thuộc vào các yếu tố như khoảng cách giữa các bóng, đường kính đất, loại vias, và khoảng cách giữa các dây dẫn.

Có một công cụ định tuyến mạnh mẽ sẽ giúp thiết kế của bạn an toàn qua quá trình sản xuất.

Việc đấu nối cho một BGA fanout tiêu biểu bắt đầu từ lớp ngoài cùng với các đường dẫn phát ra xung quanh mà không cần vias. Khi bạn chuyển sang lớp thứ hai, bạn có thể đặt các đường dẫn giữa các pad và đường dẫn liền kề. Duy trì khoảng cách đúng giữa các pad liền kề. Khi bạn làm việc với lớp ngoài cùng và các đường dẫn lớp thứ hai, bạn sẽ sử dụng tất cả không gian có sẵn cho các lối đi.

Với tất cả không gian lối đi đã được sử dụng, bạn sẽ cần giới thiệu một lớp tín hiệu thứ hai để đấu nối các đường dẫn pad bên trong. Bạn có thể sử dụng một kỹ thuật gọi là "xương chó" để cho phép các đường dẫn từ một bộ pad chuyển sang một tín hiệu hoặc mức phẳng khác nhau. "Xương chó" dựa vào việc đặt một via ở trung tâm của bốn pad liền kề. Với cấu hình này, một đường dẫn ngắn có độ dài ít nhất là 0.005 inch đi từ pad BGA qua via. Sử dụng xương chó cho phép một lớp khác truy cập vào các pad bên trong. Các vias phải vừa vặn giữa các pad trong khi duy trì khoảng cách đúng.

Khi bạn thiết lập phương pháp phân chia dog bone cho fan-out, bạn sẽ thấy rằng phương pháp này chia PCB thành bốn phần. Khu vực giữa hai via xác định một kênh để chạy các đường mạch. Trong khi đó, khu vực kênh giữa các pad via liền kề tạo ra diện tích nhỏ nhất để định tuyến tín hiệu, một kênh rộng ở giữa BGA kết nối nhiều đường mạch.

Phương pháp fan-out dog bone hoạt động với BGA có khoảng cách bóng từ 0.5 millimeter trở lên. Khoảng cách bóng lớn hơn cho phép một hoặc hai đường mạch được định tuyến qua một kênh. Các nhà thiết kế sử dụng một kỹ thuật định tuyến BGA khác gọi là “via in pad” cho BGA có khoảng cách bóng nhỏ hơn 0.5 millimeters. Công nghệ “via in pad” (VIP) đặt via trực tiếp dưới pad hàn và yêu cầu một bước khác để niêm phong pad.

Nhà sản xuất công bố hướng dẫn thiết kế để hỗ trợ bạn với việc fanout BGA. Phần mềm thiết kế PCB như Altium Designer^® bao gồm các quy tắc chỉ định các tùy chọn fanout cho việc phân chia các pad kết nối với mạng tín hiệu hoặc mạng nguồn. Kết hợp hướng dẫn của nhà sản xuất với quy tắc phần mềm thiết kế tối đa hóa cơ hội của bạn trong việc định tuyến thành công bo mạch của mình. Hãy nói chuyện với một chuyên gia Altium hôm nay để tìm hiểu thêm.