Ključne točke tega članka
- BGA ohišja so kompaktne velikosti in imajo visoko gostoto pinov.
- V ohišjih BGA se preslušavanje signala zaradi poravnave kroglice in neporavnanosti imenuje presluh BGA.
- Preslušavanje BGA je odvisno od lokacije signala vsiljivca in signala žrtve v nizu kroglične mreže.
V IC-jih z več vrati in številom pinov stopnja integracije narašča eksponentno.Ti čipi so postali bolj zanesljivi, robustni in enostavni za uporabo zahvaljujoč razvoju paketov BGA (ball grid array), ki so manjši po velikosti in debelini ter imajo večje število zatičev.Vendar pa preslušavanje BGA resno vpliva na celovitost signala in tako omejuje uporabo paketov BGA.Pogovorimo se o embalaži BGA in preslušavanju BGA.
Paketi krogličnih mrež
Ohišje BGA je ohišje za površinsko montažo, ki za pritrditev integriranega vezja uporablja majhne kovinske prevodne kroglice.Te kovinske kroglice tvorijo mrežo ali matrični vzorec, ki je razporejen pod površino čipa in povezan s tiskanim vezjem.
Paket BGA (ball grid array).
Naprave, ki so pakirane v BGA, nimajo nožic ali vodnikov na obodu čipa.Namesto tega je kroglična mreža postavljena na dno čipa.Te kroglične rešetke se imenujejo spajkalne kroglice in delujejo kot priključki za paket BGA.
Mikroprocesorji, čipi WiFi in FPGA pogosto uporabljajo pakete BGA.V paketnem čipu BGA spajkalne kroglice omogočajo pretok toka med PCB in paketom.Te spajkalne kroglice so fizično povezane s polprevodniškim substratom elektronike.Lead bonding ali flip-chip se uporablja za vzpostavitev električne povezave s podlago in matrico.Prevodne poravnave se nahajajo znotraj substrata, kar omogoča prenos električnih signalov od spoja med čipom in substratom do spoja med substratom in nizom kroglične mreže.
Paket BGA razdeli priključne vodnike pod matrico v matričnem vzorcu.Ta ureditev zagotavlja večje število vodnikov v ohišju BGA kot v ploščatih in dvovrstnih ohišjih.V osvinčenem paketu so zatiči razporejeni na mejah.vsak zatič paketa BGA nosi spajkalno kroglico, ki se nahaja na spodnji površini čipa.Ta razporeditev na spodnji površini zagotavlja večjo površino, kar ima za posledico več kegljev, manj blokiranja in manj vodilnih kratkih hlač.V paketu BGA so spajkalne kroglice poravnane najbolj narazen kot v paketu z vodniki.
Prednosti paketov BGA
Paket BGA ima kompaktne dimenzije in visoko gostoto pinov.paket BGA ima nizko induktivnost, kar omogoča uporabo nižjih napetosti.Niz krogličnih rešetk je dobro razporejen, kar olajša poravnavo čipa BGA s tiskanim vezjem.
Nekatere druge prednosti paketa BGA so:
- Dobro odvajanje toplote zaradi nizke toplotne odpornosti paketa.
- Dolžina kabla v BGA paketih je krajša kot v paketih z vodniki.Zaradi velikega števila vodnikov v kombinaciji z manjšo velikostjo je paket BGA bolj prevoden in tako izboljša učinkovitost.
- Paketi BGA nudijo višjo zmogljivost pri visokih hitrostih v primerjavi s paketi s ploščatimi paketi in paketi z dvojno linijo.
- Hitrost in izkoristek proizvodnje tiskanih vezij se povečata pri uporabi naprav v BGA paketu.Postopek spajkanja postane lažji in priročnejši, pakete BGA pa je mogoče enostavno predelati.
BGA preslušavanje
Paketi BGA imajo nekaj pomanjkljivosti: spajkalne kroglice ni mogoče upogniti, pregledovanje je težko zaradi velike gostote ohišja, velikoserijska proizvodnja pa zahteva uporabo drage opreme za spajkanje.
Za zmanjšanje preslušavanja BGA je ključnega pomena ureditev BGA z nizkim presluhom.
Paketi BGA se pogosto uporabljajo v velikem številu V/I naprav.Signale, ki jih oddaja in sprejema integrirani čip v ohišju BGA, lahko moti energijsko spajanje signala iz enega vodnika v drugega.Presluh signala, ki ga povzroči poravnava in neporavnanost spajkalnih kroglic v paketu BGA, se imenuje presluh BGA.Končna induktivnost med nizi krogličnih mrež je eden od vzrokov za učinke preslušavanja v ohišjih BGA.Ko se v kablih ohišja BGA pojavijo visoki V/I tokovni prehodi (signali vdora), končna induktivnost med nizi krogličnih mrež, ki ustrezajo signalnim in povratnim zatičem, povzroči napetostne motnje na substratu čipa.Ta napetostna motnja povzroči motnjo signala, ki se prenaša iz ohišja BGA kot šum, kar ima za posledico učinek presluha.
V aplikacijah, kot so omrežni sistemi z debelimi tiskanimi vezji, ki uporabljajo skoznje luknje, je presluh BGA lahko pogost, če se ne sprejmejo ukrepi za zaščito skoznjih lukenj.V takšnih vezjih lahko dolge odprtine, nameščene pod BGA, povzročijo znatno sklopitev in povzročijo opazne motnje presluha.
Preslušavanje BGA je odvisno od lokacije signala vsiljivca in signala žrtve v nizu kroglične mreže.Za zmanjšanje navzkrižnega preslušavanja BGA je ključnega pomena paket BGA z nizkim navzkrižnim presluhom.S programsko opremo Cadence Allegro Package Designer Plus lahko oblikovalci optimizirajo zapletene zasnove žičnih povezav z eno matrico in več matric ter flip-čipa;radialno, potisno-stiskalno usmerjanje pod polnim kotom za reševanje edinstvenih izzivov usmerjanja zasnov substrata BGA/LGA.in posebna preverjanja DRC/DFA za natančnejše in učinkovitejše usmerjanje.Posebna preverjanja DRC/DFM/DFA zagotavljajo uspešne zasnove BGA/LGA v enem prehodu.Zagotovljena je tudi podrobna ekstrakcija medsebojnih povezav, 3D modeliranje paketov ter celovitost signala in termična analiza s posledicami napajanja.
Čas objave: 28. marec 2023