Kernpunkte dieses Artikels
- BGA-Gehäuse haben eine kompakte Größe und eine hohe Pindichte.
- Bei BGA-Gehäusen wird Signalübersprechen aufgrund von Kugelausrichtung und -fehlausrichtung als BGA-Übersprechen bezeichnet.
- BGA-Übersprechen hängt von der Position des Eindringlingssignals und des Opfersignals im Ball Grid Array ab.
Bei Multi-Gate- und Pin-Count-ICs steigt der Integrationsgrad exponentiell an.Diese Chips sind dank der Entwicklung von Ball Grid Array (BGA)-Gehäusen, die kleiner und dicker sind und eine größere Anzahl von Pins aufweisen, zuverlässiger, robuster und benutzerfreundlicher geworden.Allerdings beeinträchtigt BGA-Übersprechen die Signalintegrität erheblich und schränkt somit die Verwendung von BGA-Gehäusen ein.Lassen Sie uns über BGA-Packaging und BGA-Crosstalk sprechen.
Ball Grid Array-Pakete
Ein BGA-Gehäuse ist ein oberflächenmontierbares Gehäuse, das winzige Metallleiterkugeln zur Montage des integrierten Schaltkreises verwendet.Diese Metallkugeln bilden ein Gitter- oder Matrixmuster, das unter der Oberfläche des Chips angeordnet und mit der Leiterplatte verbunden ist.
Ein Ball-Grid-Array-Gehäuse (BGA).
Geräte, die in BGAs verpackt sind, haben keine Pins oder Leitungen an der Peripherie des Chips.Stattdessen wird das Ball Grid Array auf der Unterseite des Chips platziert.Diese Ball Grid Arrays werden Lotkugeln genannt und dienen als Anschlüsse für das BGA-Gehäuse.
Mikroprozessoren, WiFi-Chips und FPGAs verwenden häufig BGA-Pakete.In einem BGA-Gehäusechip ermöglichen die Lötkugeln den Stromfluss zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse.Diese Lotkugeln sind physisch mit dem Halbleitersubstrat der Elektronik verbunden.Über Lead-Bonding oder Flip-Chip wird die elektrische Verbindung zum Substrat und Die hergestellt.Im Substrat befinden sich leitende Ausrichtungen, die die Übertragung elektrischer Signale von der Verbindung zwischen Chip und Substrat zur Verbindung zwischen Substrat und Ball Grid Array ermöglichen.
Das BGA-Gehäuse verteilt die Anschlussleitungen in einem Matrixmuster unter dem Chip.Diese Anordnung bietet eine größere Anzahl von Anschlüssen in einem BGA-Gehäuse als in flachen und zweireihigen Gehäusen.Bei einem bedrahteten Gehäuse sind die Stifte an den Rändern angeordnet.Jeder Pin des BGA-Gehäuses trägt eine Lötkugel, die sich auf der Unterseite des Chips befindet.Diese Anordnung auf der Unterseite bietet mehr Fläche, was zu mehr Stiften, weniger Blockierung und weniger Leitungskurzschlüssen führt.Bei einem BGA-Gehäuse sind die Lötkugeln am weitesten voneinander entfernt als bei einem Gehäuse mit Anschlüssen.
Vorteile von BGA-Paketen
Das BGA-Gehäuse verfügt über kompakte Abmessungen und eine hohe Pindichte.Das BGA-Gehäuse hat eine niedrige Induktivität, was die Verwendung niedrigerer Spannungen ermöglicht.Das Ball-Grid-Array ist gut verteilt, was die Ausrichtung des BGA-Chips auf der Leiterplatte erleichtert.
Einige weitere Vorteile des BGA-Pakets sind:
- Gute Wärmeableitung durch geringen Wärmewiderstand des Gehäuses.
- Die Leitungslänge in BGA-Gehäusen ist kürzer als in Gehäusen mit Leitungen.Die hohe Anzahl an Anschlüssen in Kombination mit der geringeren Größe macht das BGA-Gehäuse leitfähiger und verbessert so die Leistung.
- BGA-Gehäuse bieten im Vergleich zu flachen Gehäusen und Doppel-Inline-Gehäusen eine höhere Leistung bei hohen Geschwindigkeiten.
- Die Geschwindigkeit und Ausbeute der Leiterplattenfertigung erhöht sich durch die Verwendung von Geräten im BGA-Gehäuse.Der Lötprozess wird einfacher und komfortabler und BGA-Gehäuse können problemlos nachbearbeitet werden.
BGA-Übersprechen
BGA-Gehäuse weisen einige Nachteile auf: Lötkugeln können nicht gebogen werden, die Inspektion ist aufgrund der hohen Packungsdichte schwierig und die Produktion großer Stückzahlen erfordert den Einsatz teurer Lötgeräte.
Um das BGA-Übersprechen zu reduzieren, ist eine BGA-Anordnung mit geringem Übersprechen von entscheidender Bedeutung.
BGA-Pakete werden häufig in einer großen Anzahl von I/O-Geräten verwendet.Signale, die von einem integrierten Chip in einem BGA-Gehäuse gesendet und empfangen werden, können durch Signalenergiekopplung von einer Leitung zur anderen gestört werden.Signalübersprechen, das durch die Ausrichtung und Fehlausrichtung von Lötkugeln in einem BGA-Gehäuse verursacht wird, wird als BGA-Übersprechen bezeichnet.Die endliche Induktivität zwischen den Ball Grid Arrays ist eine der Ursachen für Übersprecheffekte in BGA-Gehäusen.Wenn in den Anschlüssen des BGA-Gehäuses hohe I/O-Stromtransienten (Intrusionssignale) auftreten, erzeugt die endliche Induktivität zwischen den Ball Grid Arrays, die den Signal- und Rückleitungspins entsprechen, Spannungsinterferenzen auf dem Chipsubstrat.Diese Spannungsstörung verursacht einen Signalimpuls, der als Rauschen aus dem BGA-Gehäuse übertragen wird, was zu einem Übersprecheffekt führt.
Bei Anwendungen wie Netzwerksystemen mit dicken Leiterplatten, die Durchgangslöcher verwenden, kann es häufig zu BGA-Übersprechen kommen, wenn keine Maßnahmen zur Abschirmung der Durchgangslöcher ergriffen werden.In solchen Schaltkreisen können die langen Durchgangslöcher unter dem BGA zu erheblicher Kopplung und spürbaren Übersprechstörungen führen.
BGA-Übersprechen hängt von der Position des Eindringlingssignals und des Opfersignals im Ball Grid Array ab.Um das BGA-Übersprechen zu reduzieren, ist eine BGA-Gehäuseanordnung mit geringem Übersprechen von entscheidender Bedeutung.Mit der Cadence Allegro Package Designer Plus-Software können Designer komplexe Single-Die- und Multi-Die-Drahtbond- und Flip-Chip-Designs optimieren;Radiales Vollwinkel-Push-Squeeze-Routing zur Bewältigung der einzigartigen Routing-Herausforderungen von BGA/LGA-Substratdesigns.und spezifische DRC/DFA-Prüfungen für eine genauere und effizientere Weiterleitung.Spezifische DRC/DFM/DFA-Prüfungen sorgen für erfolgreiche BGA/LGA-Designs in einem einzigen Durchgang.Darüber hinaus werden detaillierte Verbindungsextraktion, 3D-Paketmodellierung sowie Signalintegrität und thermische Analyse mit Auswirkungen auf die Stromversorgung bereitgestellt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. März 2023