Punts clau d'aquest article
- Els paquets BGA són de mida compacta i tenen una alta densitat de pins.
- En els paquets BGA, la diafonia del senyal a causa de l'alineació i la desalineació de boles s'anomena diafonia BGA.
- La diafonia BGA depèn de la ubicació del senyal d'intrus i del senyal de la víctima a la matriu de quadrícula de boles.
En circuits integrats multiporta i de recompte de pins, el nivell d'integració augmenta de manera exponencial.Aquests xips s'han tornat més fiables, robusts i fàcils d'utilitzar gràcies al desenvolupament de paquets BGA (ball grid array), que són més petits en mida i gruix i més grans en nombre de pins.Tanmateix, la diafonia BGA afecta greument la integritat del senyal, limitant així l'ús de paquets BGA.Parlem de l'embalatge BGA i la diafonia BGA.
Paquets Ball Grid Array
Un paquet BGA és un paquet de muntatge superficial que utilitza boles conductores metàl·liques diminutes per muntar el circuit integrat.Aquestes boles metàl·liques formen una graella o un patró de matriu que es disposa sota la superfície del xip i es connecta a la placa de circuit imprès.
Un paquet de matriu de graella de boles (BGA).
Els dispositius que estan empaquetats en BGA no tenen pins ni cables a la perifèria del xip.En canvi, la matriu de quadrícula de boles es col·loca a la part inferior del xip.Aquestes matrius de graella de boles s'anomenen boles de soldadura i actuen com a connectors per al paquet BGA.
Els microprocessadors, els xips WiFi i els FPGA solen utilitzar paquets BGA.En un xip de paquet BGA, les boles de soldadura permeten que el corrent flueixi entre la PCB i el paquet.Aquestes boles de soldadura estan connectades físicament al substrat semiconductor de l'electrònica.La unió de plom o el xip giratori s'utilitza per establir la connexió elèctrica amb el substrat i la matriu.Les alineacions conductores es troben dins del substrat permetent que els senyals elèctrics es transmetin des de la unió entre el xip i el substrat fins a la unió entre el substrat i la matriu de quadrícula de boles.
El paquet BGA distribueix els cables de connexió sota la matriu en un patró de matriu.Aquesta disposició proporciona un nombre més gran de cables en un paquet BGA que en paquets plans i de doble fila.En un paquet amb plom, les agulles estan disposades als límits.cada pin del paquet BGA porta una bola de soldadura, que es troba a la superfície inferior del xip.Aquesta disposició a la superfície inferior proporciona més àrea, donant lloc a més agulles, menys bloqueig i menys curtmetratges.En un paquet BGA, les boles de soldadura estan alineades més lluny que en un paquet amb cables.
Avantatges dels paquets BGA
El paquet BGA té unes dimensions compactes i una alta densitat de pins.el paquet BGA té una inductància baixa, permetent l'ús de voltatges més baixos.La matriu de quadrícula de boles està ben espaiada, cosa que facilita l'alineació del xip BGA amb la PCB.
Alguns altres avantatges del paquet BGA són:
- Bona dissipació de calor a causa de la baixa resistència tèrmica del paquet.
- La longitud del cable en paquets BGA és més curta que en paquets amb cables.L'elevat nombre de cables combinat amb la mida més petita fa que el paquet BGA sigui més conductor, millorant així el rendiment.
- Els paquets BGA ofereixen un rendiment superior a altes velocitats en comparació amb els paquets plans i els paquets dobles en línia.
- La velocitat i el rendiment de la fabricació de PCB augmenta quan s'utilitzen dispositius empaquetats amb BGA.El procés de soldadura es fa més fàcil i còmode, i els paquets BGA es poden reelaborar fàcilment.
BGA Crosstalk
Els paquets BGA tenen alguns inconvenients: les boles de soldadura no es poden doblegar, la inspecció és difícil a causa de l'alta densitat del paquet i la producció de grans volums requereix l'ús d'equips de soldadura cars.
Per reduir la diafonia BGA, és fonamental una disposició BGA de baixa diafonia.
Els paquets BGA s'utilitzen sovint en un gran nombre de dispositius d'E/S.Els senyals transmesos i rebuts per un xip integrat en un paquet BGA poden ser alterats per l'acoblament d'energia del senyal d'un cable a un altre.La diafonia del senyal causada per l'alineació i la desalineació de les boles de soldadura en un paquet BGA s'anomena diafonia BGA.La inductància finita entre les matrius de quadrícula de boles és una de les causes dels efectes de diafonia en paquets BGA.Quan es produeixen transitoris de corrent d'E/S elevats (senyals d'intrusió) als cables del paquet BGA, la inductància finita entre les matrius de graella de boles corresponents al senyal i als pins de retorn crea una interferència de tensió al substrat del xip.Aquesta interferència de tensió provoca un error de senyal que es transmet fora del paquet BGA com a soroll, donant lloc a un efecte de diafonia.
En aplicacions com ara sistemes de xarxa amb PCB gruixuts que utilitzen forats de pas, la diafonia BGA pot ser habitual si no es prenen mesures per protegir els forats de pas.En aquests circuits, els forats llargs col·locats sota el BGA poden provocar un acoblament significatiu i generar una interferència de diafonia notable.
La diafonia BGA depèn de la ubicació del senyal d'intrus i del senyal de la víctima a la matriu de quadrícula de boles.Per reduir la diafonia BGA, és fonamental una disposició de paquets BGA de baixa diafonia.Amb el programari Cadence Allegro Package Designer Plus, els dissenyadors poden optimitzar dissenys complexos d'unió de filferro d'un sol matriu i de múltiples matrius i flip-chip;enrutament radial i d'angle complet push-squeeze per abordar els reptes d'encaminament únics dels dissenys de substrats BGA/LGA.i comprovacions específiques de DRC/DFA per a un encaminament més precís i eficient.Les comprovacions específiques de DRC/DFM/DFA garanteixen l'èxit dels dissenys BGA/LGA en una sola passada.També es proporcionen l'extracció detallada d'interconnexió, el modelatge de paquets 3D i la integritat del senyal i l'anàlisi tèrmica amb implicacions de la font d'alimentació.
Hora de publicació: 28-mar-2023