PCB厂：HDI PCB设计中的阻抗匹配和共享

PCB厂：HDI PCB设计中的阻抗匹配和共享

阻抗匹配是配置负载输入阻抗或其信号源输出阻抗的一种方法。 执行它是为了实现最大功率传输并减少来自负载的信号反射。 换句话说，为了正确的阻抗控制，负载阻抗必须等于传输线的特性阻抗。 当发射的信号没有被反射时，表明负载已经吸收了所有信号。 HDI中的阻抗匹配完全是为了避免传输故障，特别是电阻和PCB电介质造成的损耗。

微孔可用于为阻抗匹配系统创建易于生产的 PCB 布线。 BGA逃逸布线技术和狗骨扇出结构可用于实现HDI中的阻抗匹配。

PCB走线什么时候需要阻抗匹配？

阻抗匹配由信号的陡度和上升/下降时间决定，而不是由频率决定。 如果信号的上升/下降时间（基于10%到90%）小于跟踪延迟的6倍，则称为高速信号。 这里，应该进行精确的阻抗匹配。

HDI阻抗匹配的挑战

在HDI中实现阻抗匹配时，设计人员会遇到以下挑战：

• 在高密度互连设计中，组件的焊盘间距较小，例如 BGA。 间距小于或等于0.65毫米的BGA使其布线和控制其宽度具有挑战性。 在这种情况下，可以使用焊盘内过孔和BGA逃逸布线技术。
  

• 带有盲孔的焊盘中的通孔是一个优势，因为它们避免了通孔桩，从而提高了信号完整性。
  

• 在需要阻抗控制布线的HDI板中，精心设计的布线和堆叠对于确保阻抗符合信号标准至关重要。
  

调整 HDI 阻抗的设计线宽

布线的阻抗由其距参考平面的宽度和高度决定。 在采用细间距 BGA 的 HDI 板中，请仔细选择布线宽度和高度，以避免焊盘和焊盘中的通孔之间布线。

在 HDI PCB 中使用 BGA 逃逸布线进行阻抗控制

处理高密度互连时会使用多种 BGA 组件。 需要一种逃逸布线方案，以便将电线引入和引出具有大量引脚的球栅阵列的底部。 在某些需要受控阻抗的情况下（例如 FPGA 和其他高速组件），BGA 逃逸布线可能具有挑战性。

设计电路板时使用的逃逸布线策略很大程度上取决于 BGA 间距，该间距定义了允许放置在焊球之间的布线宽度。 布线的精细程度还取决于制造商的限制、层堆叠和必要的阻抗。 选择逃生路线方案时，请记住以下准则：

• 中等数量薄间距 BGA 的逃逸布线技术从颈缩方法开始，因为走线是从 BGA 进出的。

• 外部布线可直接布线至电路板上的第一排焊盘。

• 网格阵列上第二排焊盘的走线宽度显着减小，以便可以安装在第一排焊盘之间。

• 要到达其余行的内垫，请穿过内层。 通常，每个信号层都路由到两条线路，从而限制阻抗和 HDI 串扰。

Dogbone扇出是最流行的BGA逃逸布线和扇出方法（如下图所示）。 这种扇出技术有助于将焊盘中的通孔放置得更靠近焊盘。 由于元件不是通过通孔直接焊接到焊盘上，因此不需要填充电镀。 1 毫米 BGA 和 0.8 毫米 BGA 可能适合狗骨扇形。

当BGA间距小于0.5毫米时，首选微孔焊盘逃逸布线技术。 微通孔直接放置在焊盘中，而不是将小迹线布线到焊盘的侧面。 为了防止焊芯吸附到电路板背面，微孔中填充导电环氧树脂并镀铜。

用于 BGA 逃逸布线的微孔

如果焊盘尺寸（包括环）对于细间距 BGA 来说足够小，则使用微孔进行内部 BGA 逃逸布线。 微孔与常规孔的区别如下：

• 过孔长度：过孔最多只能穿过一层或两层。 如果标准厚度PCB的层数非常多，通孔可以跨越更多层，但这需要额外的制造程序。 尽量采用堆叠盲孔和跨单层的埋孔。

• 微孔纵横比：微孔纵横比（深度除以直径）应为0.75:1。 让我们通过考虑 32 层厚板的示例来理解这一点。 由于层厚度（对于 2 层芯）为 2 密耳，因此直径不应小于 2.7 密耳。

微通孔只能安全地机械钻到8密耳，但由于经常发生钻孔断裂，机械PCB钻8密耳的成本可以接近激光钻孔的价格。 机械通孔的吞吐量低于激光钻孔，因为机械钻孔必须小心进行，以避免钻头破损。 因此，一旦开始使用激光钻孔，您将看到每块板的总成本降低。

要在 0.8 毫米间距 BGA 上采用狗骨式扇出，布线宽度必须为 10 密耳或更小，并且微孔必须更小（约 6 密耳）。 对于间距更细（0.5 mm）的球栅阵列，使用填充和电镀的焊盘内孔通过 7 mil 或 8 mil 布线到内层。 这将在相邻焊盘之间提供足够的空间。

无论何种设计风格，孔都可以堆叠或交错排列，以达到所需的布线密度。 采用IPC 6012的要求，确保微孔和周围环尺寸的最佳可靠性。 BGA 逃逸布线中焊盘中微孔的相关性可以通过以下事实来理解：在某些情况下，BGA 间距可以低至 0.3 mm。

如何放置逃生路线盲孔

内部布线空间采用盲孔法：

盲孔是一种有价值的HDI设计方法，可以释放额外的内层布线空间。 当在过孔之间使用时，这些类型的过孔使内层的布线空间加倍。 它允许额外的布线来连接内部 BGA 线路上的引脚。

采用这种方法，需要四分之一的信号层来连接高I/O BGA。 盲孔以十字形、L形或对角线的形式放置，形成林荫大道。 电源和接地引脚分配决定了使用哪种配置。

将盲孔放置为十字形、L 形或对角线形状，在内层上创建一条林荫大道，以允许更高密度的路线和逃生。

解释：“每一层可以连接更多的路线，通过利用林荫道创造额外的布线空间，可以减少信号层的总数。利用盲孔创建四个十字形林荫道。新设计的林荫道还提供了48条逃生路线 每层（8 x 6 路由），并提高了内部路由的信号完整性。它允许删除两个布线层和两个参考平面。

此外，他表示，“在电路板的次级侧，可以观察到使用盲孔创建林荫大道的另一个优点。通孔横跨整个电路板，但林荫大道现在在 BGA 中是开放的。”

扇出长度和布线宽度

使用高速 IC 时，阻抗几乎始终是一个因素。 在检查扇出部分的长度时，扇出接线和阻抗控制之间的关系就会发挥作用。 由于布线长度（如果有）和过孔的寄生电容/电感，BGA 扇出部分将有其阻抗。

首先，检查信号带宽以确定信号是否会拾取路由阻抗。 如果走线长度明显小于带宽高端对应的波长，则BGA风扇的走线部分可以忽略。 最好的方法是计算负载阻抗，它是扇出路由长度和扇出路由（颈缩后）创建的网络输入阻抗的函数。

使用信号波长所需长度的 10% 限制作为良好的近似值。 对拐点频率为 20GHz 的数字信号谨慎的 10% 限制将导致临界长度为 0.73mm（FR4 基板中的带状线）。 这意味着较大的 IC（例如 FPGA）需要为单端和差分对提供阻抗匹配扇出。