Írta: Saar Drimer. 08/11/2024
Új HDI pool szolgáltatásunk lehetővé teszi ügyfeleink számára, hogy mikroviákat használjanak az L1-L2 és az L2-L3 rétegek között (vagy alternatív megoldásként az L6-L7 és L7-L8 rétegek között). Mivel a nyomtatott áramköri lapok gyártása standard technológiai paraméterekkel történik, ez az opció költséghatékonyabb megoldást kínál a „teljes” HDI-hez képest, két mikrovia réteggel, és “részleges” vagy “hibrid” HDI alkalmazással. Tehát, ha egyetlen finom osztású BGA alkatrészt akarunk használni – amely talán más tokozásban nem is létezik –, ez nem feltétlenül jelenti, hogy a PCB költség nagyon magas lesz. Ebben a cikkben bemutatunk néhány technikát, amelyeket ügyfeleink alkalmazhatnak, hogy maximálisan kihasználják a HDI pool lehetőségeit.
Bevezetés
Egy BGA alkatrésszel ellátott tervről nehéz biztosan tudni, hogy az útvonalvezetés kialakítható lesz-e vagy sem, és hány réteget igényel, mielőtt kipróbálnánk. Számos tényező befolyásolhatja: a PCB technológia és a beültetés korlátai; az elérhető útvonalvezetési rétegek száma; a tokozásban található csatlakozópontok száma (nem minden BGA rácsszerkezete “teljes”); a lábak elrendezése (egy csoportban lévő tápcsatlakozók segíthetnek); hogy a terv hány csatlakozópontot használ fel (pl. sok tervnél nem használják ki a mikrokontroller összes csatlakozópontját); és a további alkatrészek elhelyezkedése a BGA csatlakozóinak kiosztásához képest (pl. ha egy memória interfész busz keresztülhalad a raszteren, a kivezetés nehezebb lesz).
A PCB technológiai és beültetési korlátai tekintetében rendelkezésünkre áll a korábban említett két HDI mikrovia réteg, valamint rajzolati osztályaink, amelyek meghatározzák a szélességeket, a távolságokat, a pad- és furatméreteket stb. (1. ábra). Csak a lépcsőzetes (staggered) mikroviákat támogatjuk, ahol a furatok nem fedik egymást, és a minimális távolságuk 0.010 mm (10 µm). (Ez egyúttal azt is jelenti, hogy nem támogatjuk a halmozott – stacked – átvezetéseket). A rétegek számát tekintve egyszerű a helyzet: a HDI pool jelenleg egy előre definiált 8 rétegű builduppal érhető el, amely a rendelésösszevonás előnyeit kínálja (2. ábra). A többi tényező, amely befolyásolja a nyomtatott áramköri lap megfelelő kialakítását útvonalvezetés szempontjából az a tervezéstől függ, így kívül esik a PCB gyártó hatáskörén.
Most olyan elrendezési technikákra összpontosítunk, amelyek általánosságban segíthetik a útvonalvezetést, különösen a HDI pool használatakor.
1. ábra. Osztálybasorolási táblázatunk rajzolati és furatozási osztályai. Kiemelndő, hogy a mikroviákat nem befolyásolja a kiválasztott furatozási osztály, illetve hogy a HDI a rendelésösszevonás előnyeivel a 7. és 8. rajzolati osztályban áll rendelkezésre. Bár a 9. rajzolati osztály esetében is kérhető HDI (0.210 mm (210 µm-os) pad átmérővel), rendelésösszevonással nem elérhető.
2. ábra. Előre definiált HDI pool rétegfelépítésünk 8 rétegből áll, és 1.55 mm vastagságú.
Hasznos technikák
Egy BGA elrendezésének jó kiindulópontja, ha tudjuk, hogy az egyes padek közepére tudunk-e majd mikroviát helyezni. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az alkatrész gyártója által megadott rézpad átmérőjének egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie, mint a rajzolati osztályban szereplő mikrovia padátmérője (“maradékgyűrű”). Ezt mutatja a 3. ábra első sora, amely egyszerűen az egyes rajzolati osztályok minimális mikrovia padméretét sorolja fel. Amennyiben a BGA padmérete valamivel kisebb a mikrovia padnél, akkor a tervező saját belátása szerint megnövelheti azt; általában a pontos értéket illetően van némi rugalmasság, mivel egyes gyártók csak egy tartományt adnak meg, vagy egyáltalán nem adnak meg konkrét értéket.
3. ábra. Rövid áttekintés, hogy mi lehetséges a HDI poolban és a különböző osztályokban.
A korai tervezési fázisban az is hasznos, ha tudjuk, hogy lehetséges-e a “dogbone” mintázatú útvonalvezetés és a padek közötti vezetősávok elhelyezése. A 3. ábra második és harmadik sora mutatja a legnagyobb BGA pad átmérőket ezek eléréséhez.
Vizsgáljunk meg most egy 8×8 BGA mátrixot. Egy alapvető útvonalvezetési stratégia az, hogy a BGA raszter “gyűrűit” kívülről befelé haladva nézzük; az első gyűrűt L1-en, a második gyűrűt L2-n vezetjük L1-L2 mikroviákkal, és a harmadik és negyedik gyűrűt L3-on elérhető lépcsőzetes L1-L2 és L2-L3 mikroviákkal. A teljes útvonaltvezetést a 8×8 BGA esetében a 4. ábra mutatja, amely a 8-as rajzolati osztályt használja (E furatozási osztály az átvezetőknél).
Ebből a stratégiából néhány további dolgot is megtanulhatunk. Az L1-L2 mikroviák a padek közepén vannak – történetesen pontosan azonos átmérőjűek – és az L2-L3 lépcsőzetes mikroviák kvadránsokra szimmetrikusan “kiegyensúlyozottak”, ami segít nekünk abban, hogy a legbelső gyűrűt ezek között a mikroviák között vezessük (lásd 5. ábra). Ez az elrendezés beültetéskor is nagyon hasznos, mivel a hő egyenletesebben oszlik el a BGA lábakon, így az alkatrész kisebb valószínűséggel mozdul el.
4. ábra. Példa egy STM32F412 mikrokontroller útvonalvezetésére egy WLCSP64 0.4 mm osztású tokozásban. Az első BGA „gyűrű” a felső rétegre (piros), a második gyűrű a második rétegre (zöld) kerül, L1-L2 mikroviák használatával a padek közepén. A harmadik és negyedik gyűrű pedig a harmadik rétegen van (narancssárga), L1-L2 és L2-L3 lépcsőzetes viák használatával. Az átvezető furatok a rácson kívül helyezkednek el, és fehér paddal rendelkeznek.
5. ábra. Csak az L3 réteg van megjelenítve a tervből, ahol a 8×8 BGA négy belső jelét a mikroviák között lehet kivezetni.
A két mikrovia réteg korlátja miatt ez a stratégia nem feltétlenül skálázható, egy 8×8-nál vagy 9×9-nél nagyobb teljes BGA raszter összes pinjének útvonalvezetésénél. Azonban számos tényező teszi ezt lehetővé, még sokkal nagyobb mátrixok esetén is. Vizsgáljunk meg most egy 320 lábú, 0.5 mm osztású BGA-t (6. ábra).
6. ábra. Egy TGBGA320 0.5 mm osztású tokozás a TI-től. Figyeljük meg a lábak közötti réseket, amelyek segítik a kivezetést.
7. ábra. A TI TGBGA320 0.5 mm-es osztású tokozásának fanoutja.
Mint korábban, a legkülső gyűrűket az L1-en vezetjük (7. ábra), a tápcsatlakozók és földpontok hasznos elhelyezésével, valamint a lábak közötti résekben átvezetőkkel (0.5 mm pad, 0.15 mm furattal, D furatozási osztály). A következő néhány gyűrű routingja a 8. ábrán látható, az L1-L2 és L2-L3 mikroviák közötti kivezetésekkel együtt, utóbbiak a pinrésekben elhelyezve (9. ábra), végül pedig a maradék jelek vezetése az L3-ban történik (10. ábra).
8. ábra. Teljes útvonalvezetés a TGBGA320 alkatrésznél a felső rétegen (L1). A legkülső gyűrűket az L1-en vezetjük a tápcsatlakozók és földpontok hasznos elhelyezésével, valamint a lábak közötti résekben átvezetőkkel. Szintén láthatók az L1-L2 mikroviák számos “belső” paden.
9. ábra. Teljes útvonalvezetés a TGBGA320 alkatrésznél kettes rétegen (L2). Az L1-L2 és L2-L3 mikroviák közötti kapcsolatok a pinrésekben találhatók.
10. ábra. Közelebbi kép az L1-L2 és az L2-L2 (zöld), valamint az L3 útvonalvezetéséről (narancssárga).
11. ábra. Teljes útvonalvezetés a TGBGA320 alkatrésznél kettes rétegen (L2). Az összes maradék pin útvonalvezetése ezen a rétegen található, az L1-L2 és L2-L3 mikroviákon keresztül.
Fontos megjegyezni, hogy példáinkban minden pin kivezetésre kerül, de sok terv nem használja fel az alkatrész összes csatlakozási pontját, ami megkönnyítheti az útvonalvezetést. Így bár HDI pool szolgáltatásunk paramétereit úgy alakítottuk ki, hogy lehetővé tegyék a legtöbb 8×8 BGA kialakítás teljes kivezetését, biztosak vagyunk benne, hogy nagyobb raszeterek is lehetségesek a valós igényekre szabott tervekben.
Hogyan tovább?
Ismerkedjen meg HDI pool szolgáltatásunkkal a Visualizer segítségével. Vevői dokumentáció feltöltésével pedig ellenőrizheti, hogy HDI pool szolgáltatásunk mennyire segíthet a BGA lapok költségcsökkentésében.
