چه چیزی باعث تداخل BGA می شود؟

نکات کلیدی این مقاله

- پکیج های BGA دارای اندازه فشرده و دارای تراکم پین بالایی هستند.

- در پکیج های BGA به تداخل سیگنال به دلیل هم ترازی و ناهماهنگی توپ، تداخل BGA می گویند.

- تداخل BGA به مکان سیگنال نفوذگر و سیگنال قربانی در آرایه شبکه توپ بستگی دارد.

در آی سی های چند گیت و پین شمار، سطح ادغام به صورت تصاعدی افزایش می یابد.این تراشه‌ها به لطف توسعه بسته‌های آرایه شبکه توپ (BGA) قابل اعتمادتر، قوی‌تر و آسان‌تر شده‌اند که از نظر اندازه و ضخامت کوچک‌تر و تعداد پین‌های بزرگ‌تر هستند.با این حال، تداخل BGA به شدت بر یکپارچگی سیگنال تأثیر می گذارد، بنابراین استفاده از بسته های BGA را محدود می کند.بیایید در مورد بسته بندی BGA و تداخل BGA بحث کنیم.

بسته های آرایه گرید توپ

پکیج BGA یک بسته نصب سطحی است که از گوی های هادی فلزی ریز برای نصب مدار مجتمع استفاده می کند.این توپ های فلزی یک شبکه یا الگوی ماتریسی را تشکیل می دهند که در زیر سطح تراشه چیده شده و به برد مدار چاپی متصل می شود.

بسته آرایه شبکه توپ (BGA).

دستگاه هایی که در BGA بسته بندی می شوند هیچ پین یا سرنخ در حاشیه تراشه ندارند.در عوض، آرایه شبکه توپ در پایین تراشه قرار می گیرد.این آرایه های شبکه توپی، گوی لحیم کاری نامیده می شوند و به عنوان اتصال دهنده برای بسته BGA عمل می کنند.

ریزپردازنده ها، تراشه های WiFi و FPGA ها اغلب از بسته های BGA استفاده می کنند.در یک تراشه بسته BGA، توپ های لحیم کاری اجازه می دهند جریان بین PCB و بسته جریان یابد.این توپ های لحیم کاری به صورت فیزیکی به زیرلایه نیمه هادی الکترونیک متصل می شوند.پیوند سرب یا فلیپ چیپ برای برقراری اتصال الکتریکی به بستر و قالب استفاده می شود.ترازهای رسانا در زیرلایه قرار دارند که به سیگنال های الکتریکی اجازه می دهد از محل اتصال بین تراشه و بستر به محل اتصال بین بستر و آرایه شبکه توپ منتقل شود.

بسته BGA سرنخ های اتصال را در زیر قالب در یک الگوی ماتریسی توزیع می کند.این چیدمان تعداد لیدهای بیشتری را در یک بسته BGA نسبت به بسته های تخت و دو ردیفه ارائه می دهد.در یک بسته بندی سربی، پین ها در مرزها چیده شده اند.هر پین از بسته BGA یک توپ لحیم کاری را حمل می کند که در سطح پایین تراشه قرار دارد.این چیدمان در سطح پایینی، مساحت بیشتری را فراهم می‌کند و در نتیجه پین‌های بیشتر، مسدود شدن کمتر و شورت سربی کمتری ایجاد می‌کند.در بسته‌بندی BGA، توپ‌های لحیم‌کاری دورتر از بسته‌هایی با سرب قرار دارند.

مزایای بسته های BGA

پکیج BGA دارای ابعاد فشرده و تراکم پین بالایی است.پکیج BGA دارای اندوکتانس پایینی است که امکان استفاده از ولتاژهای کمتر را فراهم می کند.آرایه شبکه توپ به خوبی فاصله دارد و تراز کردن تراشه BGA با PCB را آسان تر می کند.

برخی دیگر از مزایای بسته BGA عبارتند از:

- اتلاف حرارت خوب به دلیل مقاومت حرارتی کم پکیج.

- طول سرب در بسته های BGA کوتاهتر از بسته های دارای لید است.تعداد بالای سرنخ ها همراه با اندازه کوچکتر باعث می شود بسته BGA رسانایی بیشتری داشته باشد و در نتیجه عملکرد را بهبود بخشد.

- بسته های BGA عملکرد بالاتری را در سرعت های بالا در مقایسه با بسته های تخت و بسته های دوگانه در خط ارائه می دهند.

- سرعت و بازده تولید PCB هنگام استفاده از دستگاه های بسته بندی شده با BGA افزایش می یابد.فرآیند لحیم کاری آسان تر و راحت تر می شود و بسته های BGA را می توان به راحتی دوباره کار کرد.

BGA Crosstalk

بسته‌های BGA دارای معایبی هستند: توپ‌های لحیم کاری را نمی‌توان خم کرد، بازرسی به دلیل چگالی بالای بسته دشوار است و تولید حجم بالا مستلزم استفاده از تجهیزات گران‌قیمت لحیم کاری است.

برای کاهش تداخل BGA، چیدمان BGA با کراس استالک پایین بسیار مهم است.

بسته های BGA اغلب در تعداد زیادی از دستگاه های ورودی/خروجی استفاده می شوند.سیگنال های ارسال و دریافت شده توسط یک تراشه یکپارچه در یک بسته BGA می تواند توسط جفت انرژی سیگنال از یک لید به دیگری مختل شود.تداخل سیگنال ناشی از تراز و ناهماهنگی توپ های لحیم کاری در بسته BGA را تداخل BGA می نامند.اندوکتانس محدود بین آرایه های شبکه توپ یکی از علل اثرات متقابل در بسته های BGA است.هنگامی که گذراهای جریان ورودی/خروجی بالا (سیگنال‌های نفوذ) در لیدهای بسته BGA رخ می‌دهد، اندوکتانس محدود بین آرایه‌های شبکه توپ مربوط به سیگنال و پین‌های برگشتی تداخل ولتاژی را در بستر تراشه ایجاد می‌کند.این تداخل ولتاژ باعث ایجاد یک خطای سیگنال می شود که به عنوان نویز از بسته BGA منتقل می شود و در نتیجه یک اثر متقابل ایجاد می شود.

در کاربردهایی مانند سیستم های شبکه با PCB های ضخیم که از سوراخ های عبوری استفاده می کنند، اگر اقداماتی برای محافظت از سوراخ های عبوری انجام نشود، تداخل BGA می تواند رایج باشد.در چنین مدارهایی، سوراخ‌های طولانی که در زیر BGA قرار می‌گیرند می‌توانند باعث جفت شدن قابل توجهی شوند و تداخل قابل توجهی ایجاد کنند.

تداخل BGA به مکان سیگنال نفوذگر و سیگنال قربانی در آرایه شبکه توپ بستگی دارد.برای کاهش تداخل BGA، چیدمان بسته BGA با کراس استالک پایین بسیار مهم است.با نرم‌افزار Cadence Allegro Package Designer Plus، طراحان می‌توانند طرح‌های پیچیده سیم‌پیوند و فلیپ‌چیپ تک قالبی و چند قالبی را بهینه کنند.مسیریابی فشار-فشرده شعاعی و زاویه کامل برای رفع چالش های مسیریابی منحصر به فرد طرح های بستر BGA/LGA.و بررسی های خاص DRC/DFA برای مسیریابی دقیق تر و کارآمدتر.بررسی های خاص DRC/DFM/DFA طراحی های موفق BGA/LGA را در یک پاس تضمین می کند.استخراج دقیق اتصال، مدل سازی بسته سه بعدی، و یکپارچگی سیگنال و تجزیه و تحلیل حرارتی با مفاهیم منبع تغذیه نیز ارائه شده است.