Kluczowe punkty tego artykułu
- Pakiety BGA mają niewielkie rozmiary i dużą gęstość pinów.
- W pakietach BGA przesłuch sygnału spowodowany ustawieniem i niewspółosiowością kulek nazywany jest przesłuchem BGA.
- Przesłuch BGA zależy od lokalizacji sygnału intruza i sygnału ofiary w siatce kulkowej.
W układach scalonych z wieloma bramkami i liczbą pinów poziom integracji wzrasta wykładniczo.Układy te stały się bardziej niezawodne, wytrzymałe i łatwe w użyciu dzięki opracowaniu pakietów Ball Grid Array (BGA), które mają mniejszy rozmiar i grubość oraz większą liczbę pinów.Jednakże przesłuchy BGA poważnie wpływają na integralność sygnału, ograniczając w ten sposób użycie pakietów BGA.Porozmawiajmy o pakowaniu BGA i przesłuchach BGA.
Pakiety siatki kulowej
Pakiet BGA to pakiet do montażu powierzchniowego, w którym do montażu układu scalonego wykorzystuje się małe metalowe kulki przewodzące.Te metalowe kulki tworzą siatkę lub wzór matrycy, który jest umieszczony pod powierzchnią chipa i połączony z płytką drukowaną.
Pakiet siatki kulowej (BGA).
Urządzenia opakowane w układy BGA nie mają pinów ani przewodów na obrzeżach chipa.Zamiast tego układ siatki kulkowej jest umieszczony na spodzie chipa.Te układy siatki kulkowej nazywane są kulkami lutowniczymi i działają jako złącza dla pakietu BGA.
Mikroprocesory, chipy Wi-Fi i układy FPGA często korzystają z pakietów BGA.W chipie obudowy BGA kulki lutownicze umożliwiają przepływ prądu pomiędzy płytką drukowaną a obudową.Te kulki lutownicze są fizycznie połączone z półprzewodnikowym podłożem elektroniki.Do ustanowienia połączenia elektrycznego z podłożem i matrycą stosuje się wiązanie ołowiowe lub flip-chip.W podłożu znajdują się wyrównania przewodzące, umożliwiające przesyłanie sygnałów elektrycznych ze złącza między chipem a podłożem do złącza między podłożem a układem siatki kulek.
Pakiet BGA rozprowadza przewody połączeniowe pod matrycą w układzie matrycowym.Taki układ zapewnia większą liczbę wyprowadzeń w obudowie BGA niż w obudowach płaskich i dwurzędowych.W opakowaniu ołowianym kołki są rozmieszczone na granicach.każdy pin pakietu BGA zawiera kulkę lutowniczą, która znajduje się na dolnej powierzchni chipa.Takie rozmieszczenie na dolnej powierzchni zapewnia większą powierzchnię, co skutkuje większą liczbą pinów, mniejszym blokowaniem i mniejszą liczbą zwarć przewodów.W pakiecie BGA kulki lutownicze są rozmieszczone najdalej od siebie niż w pakiecie z przewodami.
Zalety pakietów BGA
Pakiet BGA ma kompaktowe wymiary i dużą gęstość pinów.pakiet BGA ma niską indukcyjność, co pozwala na stosowanie niższych napięć.Siatka kulkowa jest dobrze rozmieszczona, co ułatwia dopasowanie układu BGA do płytki drukowanej.
Inne zalety pakietu BGA to:
- Dobre odprowadzanie ciepła dzięki niskiemu oporowi termicznemu opakowania.
- Długość przewodu w pakietach BGA jest krótsza niż w pakietach z wyprowadzeniami.Duża liczba przewodów w połączeniu z mniejszym rozmiarem sprawia, że pakiet BGA jest bardziej przewodzący, co poprawia wydajność.
- Pakiety BGA oferują wyższą wydajność przy dużych prędkościach w porównaniu do pakietów płaskich i pakietów z podwójną linią.
- Szybkość i wydajność produkcji PCB wzrasta w przypadku korzystania z urządzeń w obudowie BGA.Proces lutowania staje się łatwiejszy i wygodniejszy, a pakiety BGA można łatwo przerobić.
Przesłuch BGA
Pakiety BGA mają pewne wady: kulek lutowniczych nie można zgiąć, kontrola jest trudna ze względu na dużą gęstość opakowania, a produkcja na dużą skalę wymaga użycia drogiego sprzętu lutowniczego.
Aby zredukować przesłuchy BGA, decydujące znaczenie ma układ BGA o niskim przesłuchu.
Pakiety BGA są często używane w dużej liczbie urządzeń we/wy.Sygnały przesyłane i odbierane przez zintegrowany układ scalony w obudowie BGA mogą zostać zakłócone przez sprzężenie energii sygnału z jednego przewodu do drugiego.Przesłuch sygnału spowodowany ustawieniem i niewspółosiowością kulek lutowniczych w obudowie BGA nazywany jest przesłuchem BGA.Skończona indukcyjność pomiędzy siatkami kulkowymi jest jedną z przyczyn efektu przesłuchu w obudowach BGA.Gdy w przewodach pakietu BGA występują wysokie stany nieustalone prądu we/wy (sygnały włamania), skończona indukcyjność pomiędzy układami siatki kulek odpowiadająca pinom sygnałowym i powrotnym powoduje zakłócenia napięcia na podłożu chipa.Te zakłócenia napięcia powodują zakłócenia sygnału, które są przesyłane z pakietu BGA w postaci szumu, co powoduje efekt przesłuchu.
W zastosowaniach takich jak systemy sieciowe z grubymi płytkami PCB wykorzystującymi otwory przelotowe, przesłuchy BGA mogą być powszechne, jeśli nie zostaną podjęte żadne środki w celu ekranowania otworów przelotowych.W takich obwodach długie przelotki umieszczone pod układem BGA mogą powodować znaczne sprzężenie i generować zauważalne zakłócenia przesłuchu.
Przesłuch BGA zależy od lokalizacji sygnału intruza i sygnału ofiary w siatce kulkowej.Aby zredukować przesłuchy BGA, kluczowe znaczenie ma układ pakietu BGA o niskim przesłuchu.Dzięki oprogramowaniu Cadence Allegro Package Designer Plus projektanci mogą optymalizować złożone projekty połączeń drutowych i chipów typu flip-chip z pojedynczą i wieloma matrycami;promieniowe, pełnokątowe prowadzenie typu „push-squeeze”, aby sprostać unikalnym wyzwaniom związanym z routingiem w projektach substratów BGA/LGA.oraz szczegółowe kontrole DRC/DFA w celu dokładniejszego i wydajniejszego wyznaczania tras.Specyficzne kontrole DRC/DFM/DFA zapewniają pomyślne projekty BGA/LGA w jednym przebiegu.zapewniona jest również szczegółowa ekstrakcja połączeń wzajemnych, modelowanie pakietów 3D oraz integralność sygnału i analiza termiczna z konsekwencjami dla zasilania.
Czas publikacji: 28 marca 2023 r