哪些原因会导致@@ BGA 串扰@@？

judy -- 周一@@, 03/27/2023 - 15:32

本文转载自@@： Cadence楷登@@PCB及封装@@资源中心微信公众号@@@@

本文要点@@

  • BGA 封装@@尺寸紧凑@@，引脚密度高@@。
  • 在@@ BGA 封装@@中@@，由@@于焊球排列和错位而导致的信号串扰@@被称为@@ BGA 串扰@@。
  • BGA 串扰@@取决于入侵者信号和受害者信号在@@球栅阵列@@中的位置@@。

    • 在@@多门和引脚数量众多的集成电路中@@，集成度呈指数级增长@@。得益于球栅阵列@@@@ (ball grid array ，即@@BGA) 封装@@的发展@@，这些芯片变得更加可靠@@、稳健@@，使@@用@@起来也更加方便@@。BGA 封装@@的尺寸和厚度都很小@@，引脚数则更多@@。然而@@，BGA 串扰@@严重影响了信号完整性@@，从而限制了@@ BGA 封装@@的应用@@。下面我们来探讨一下@@ BGA 封装@@和@@ BGA 串扰@@的问题@@。

    球栅阵列@@封装@@@@

    BGA 封装@@是一种表面贴装封装@@@@，使@@用@@细小的金属导体球来安装集成电路@@。这些金属球形成一个网@@格或@@矩阵图案@@，排列在@@芯片表面之下@@，与印刷电路板连接@@。

    球栅阵列@@ (ball grid array ，即@@BGA) 封装@@。

    使@@用@@ BGA 封装@@的器件在@@芯片的外围没有引脚或@@引线@@。相反@@，球栅阵列@@被放置在@@@@芯片底部@@。这些球栅阵列@@被称为焊球@@，充当@@@@ BGA 封装@@的连接器@@。

    微处理器@@、WiFi 芯片和@@ FPGA 经常使@@用@@@@ BGA 封装@@。在@@ BGA 封装@@的芯片中@@，焊球令电流在@@@@ PCB 和封装@@之间流动@@。这些焊球以物理方式与电子@@器件的半导体基板连接@@。引线键合或@@倒装芯片用于建立与基板和晶粒的电气连接@@。导电的走线位于基板内@@，允许电信号从芯片和@@基板之间的接合处传输到基板和球栅阵列@@之间的接合处@@。

    BGA 封装@@以矩阵模式在@@芯片下分布连接引线@@。与扁平式和双列式封装@@相比@@，这种排列方式在@@@@ BGA 封装@@中@@提供了更多的引线数@@。在@@有引线的封装@@中@@@@，引脚被安排在@@边界@@。BGA 封装@@的每个引脚都带有一个焊球@@，焊球位于芯片的下表面@@。这种位于下表面的排列方式提供了更多的面积@@，使@@得引脚数量增多@@，阻塞减少@@，引线短路也有所减少@@。与有引线的封装@@相比@@，在@@ BGA 封装@@中@@，焊球之间的排列距离最远@@。

    BGA 封装@@的优点@@

    BGA 封装@@尺寸紧凑@@，引脚密度高@@。BGA 封装@@电感量较低@@，允许使@@用@@较低的电压@@。球栅阵列@@的排列间隔合理@@，使@@ BGA 芯片更容易与@@ PCB 对齐@@。

    BGA 封装@@的其他一些优点是@@：

  • 由@@于封装@@的热阻低@@，散热效果好@@。
  • BGA 封装@@中@@的引线长度比有引线的封装@@要短@@。引线数多加上尺寸较小@@，使@@ BGA 封装@@的导电性更强@@，从而提高@@了性能@@。
  • 与扁平式封装@@和@@双列式封装@@相比@@，BGA 封装@@在@@高速下的性能更高@@。
  • 使@@用@@ BGA 封装@@的器件时@@@@，PCB 的制造速度和产量都会提高@@@@。焊接过程变得更简单@@、更方便@@，而且@@ BGA 封装@@可以方便地进行返工@@。

    • BGA 串扰@@

    BGA 封装@@确实有一些缺点@@：焊球不能弯曲@@、由@@于封装@@密度高而导致的检查@@难度大@@，以及大批量生产需要使@@用@@昂贵的焊接设备@@@@。BGA 串扰@@是另一项限制@@，会影响通过@@ BGA 封装@@传输的信号完整性@@。

    要减少@@ BGA 串扰@@，低串扰@@的@@ BGA 排列至关重要@@。

    BGA 封装@@经常在@@大量@@ I/O 设备@@中使@@用@@@@。采用@@ BGA 封装@@的集成芯片所传输和接收的信号@@，可能会受到从一个引线到另一个引线的信号能量耦合的干扰@@。由@@ BGA 封装@@中@@的焊球排列和错位而导致的信号串扰@@被称为@@ BGA 串扰@@。球栅阵列@@之间的有限电感是@@ BGA 封装@@中@@产生串扰@@效应的原因之一@@。当@@ BGA 封装@@引线中出现高@@ I/O 电流瞬变@@（入侵信号@@）时@@，对应于信号引脚和返回引脚的球栅阵列@@之间的有限电感会在@@芯片基板上产生电压干扰@@。这种电压干扰导致了信号突变@@，并以噪音的形式从@@ BGA 封装@@中@@传输出去@@，导致串扰@@效应@@。

    在@@网@@络系统等应用中@@，具有使@@用@@通孔的厚@@ PCB，如果没有采取措施屏蔽过孔@@，那么@@ BGA 串扰@@会十分常见@@。在@@这样的电路中@@，放置在@@@@ BGA 下面的长通孔会造成大量的耦合@@，并产生明显的串扰@@干扰@@。

    BGA 串扰@@取决于入侵者信号和受害者信号在@@球栅阵列@@中的位置@@。要减少@@ BGA 串扰@@，低串扰@@的@@ BGA 封装@@排列至关重要@@@@。借助@@ Cadence Allegro Package Designer Plus 软件@@，设计@@师能够优化复杂的单裸片和多裸片引线键合@@（wirebond）以及倒装芯片@@（flip-chip）设计@@；径向@@、全角度推挤式布线可解决@@ BGA/LGA 基板设计@@的独特布线挑战@@；特定的@@ DRC/DFM/DFA 检查@@，更可保障@@BGA/LGA设计@@一次成功@@；同时@@提供详细的互连提取@@、3D 封装@@建模以及兼顾电源影响的信号完整性和热分析@@。

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