Puntos clave de este artículo
- Los paquetes BGA son de tamaño compacto y tienen una alta densidad de pines.
- En los paquetes BGA, la diafonía de la señal debido a la alineación y desalineación de la bola se denomina diafonía BGA.
- La diafonía BGA depende de la ubicación de la señal del intruso y la señal de la víctima en la red de bolas.
En los circuitos integrados de múltiples puertas y recuento de pines, el nivel de integración aumenta exponencialmente.Estos chips se han vuelto más confiables, robustos y fáciles de usar gracias al desarrollo de paquetes de matriz de rejilla de bolas (BGA), que son más pequeños en tamaño y grosor y con mayor número de pines.Sin embargo, la diafonía BGA afecta gravemente la integridad de la señal, lo que limita el uso de paquetes BGA.Analicemos el empaquetado BGA y la diafonía BGA.
Paquetes de matriz de rejilla de bolas
Un paquete BGA es un paquete de montaje en superficie que utiliza pequeñas bolas conductoras de metal para montar el circuito integrado.Estas bolas de metal forman una rejilla o patrón de matriz que se dispone debajo de la superficie del chip y se conecta a la placa de circuito impreso.
Un paquete de matriz de rejilla de bolas (BGA)
Los dispositivos empaquetados en BGA no tienen pines ni cables en la periferia del chip.En cambio, la matriz de rejilla de bolas se coloca en la parte inferior del chip.Estos conjuntos de rejillas de bolas se denominan bolas de soldadura y actúan como conectores para el paquete BGA.
Los microprocesadores, chips WiFi y FPGA suelen utilizar paquetes BGA.En un chip encapsulado BGA, las bolas de soldadura permiten que la corriente fluya entre la PCB y el encapsulado.Estas bolas de soldadura están conectadas físicamente al sustrato semiconductor de la electrónica.Se utiliza unión de plomo o chip invertido para establecer la conexión eléctrica con el sustrato y el troquel.Las alineaciones conductoras están ubicadas dentro del sustrato permitiendo que las señales eléctricas se transmitan desde la unión entre el chip y el sustrato hasta la unión entre el sustrato y la red de bolas.
El paquete BGA distribuye los cables de conexión debajo del troquel en un patrón matricial.Esta disposición proporciona una mayor cantidad de cables en un paquete BGA que en paquetes planos y de dos filas.En un paquete con plomo, los pasadores están dispuestos en los límites.Cada pin del paquete BGA lleva una bola de soldadura, que se encuentra en la superficie inferior del chip.Esta disposición en la superficie inferior proporciona más área, lo que resulta en más pasadores, menos bloqueos y menos cortocircuitos.En un paquete BGA, las bolas de soldadura están más alineadas que en un paquete con cables.
Ventajas de los paquetes BGA
El paquete BGA tiene dimensiones compactas y alta densidad de pines.El paquete BGA tiene baja inductancia, lo que permite el uso de voltajes más bajos.La matriz de rejilla de bolas está bien espaciada, lo que facilita la alineación del chip BGA con la PCB.
Algunas otras ventajas del paquete BGA son:
- Buena disipación de calor debido a la baja resistencia térmica del paquete.
- La longitud del cable en los paquetes BGA es más corta que en los paquetes con cables.La gran cantidad de cables combinada con el tamaño más pequeño hace que el paquete BGA sea más conductor, mejorando así el rendimiento.
- Los paquetes BGA ofrecen un mayor rendimiento a altas velocidades en comparación con los paquetes planos y los paquetes dobles en línea.
- La velocidad y el rendimiento de la fabricación de PCB aumentan cuando se utilizan dispositivos empaquetados en BGA.El proceso de soldadura se vuelve más fácil y conveniente, y los paquetes BGA se pueden reelaborar fácilmente.
Diafonía BGA
Los paquetes BGA tienen algunos inconvenientes: las bolas de soldadura no se pueden doblar, la inspección es difícil debido a la alta densidad del paquete y la producción de alto volumen requiere el uso de equipos de soldadura costosos.
Para reducir la diafonía BGA, es fundamental una disposición BGA de baja diafonía.
Los paquetes BGA se utilizan a menudo en una gran cantidad de dispositivos de E/S.Las señales transmitidas y recibidas por un chip integrado en un paquete BGA pueden verse perturbadas por el acoplamiento de energía de la señal de un cable a otro.La diafonía de señal causada por la alineación y desalineación de las bolas de soldadura en un paquete BGA se llama diafonía BGA.La inductancia finita entre los conjuntos de rejillas de bolas es una de las causas de los efectos de diafonía en los paquetes BGA.Cuando se producen transitorios de alta corriente de E/S (señales de intrusión) en los cables del paquete BGA, la inductancia finita entre las matrices de rejilla de bolas correspondientes a la señal y los pines de retorno crea interferencia de voltaje en el sustrato del chip.Esta interferencia de voltaje provoca una falla en la señal que se transmite fuera del paquete BGA como ruido, lo que resulta en un efecto de diafonía.
En aplicaciones como sistemas de redes con PCB gruesas que utilizan orificios pasantes, la diafonía BGA puede ser común si no se toman medidas para proteger los orificios pasantes.En tales circuitos, los orificios de paso largos colocados debajo del BGA pueden causar un acoplamiento significativo y generar interferencias cruzadas notables.
La diafonía BGA depende de la ubicación de la señal del intruso y la señal de la víctima en la red de bolas.Para reducir la diafonía BGA, es fundamental disponer de un paquete BGA de baja diafonía.Con el software Cadence Allegro Package Designer Plus, los diseñadores pueden optimizar diseños complejos de chip invertido y de chip único y múltiple;Enrutamiento radial de empuje y compresión de ángulo completo para abordar los desafíos de enrutamiento únicos de los diseños de sustrato BGA/LGA.y comprobaciones específicas de DRC/DFA para un enrutamiento más preciso y eficiente.Las comprobaciones específicas de DRC/DFM/DFA garantizan diseños BGA/LGA exitosos en una sola pasada.También se proporciona extracción detallada de interconexiones, modelado de paquetes 3D e integridad de señal y análisis térmico con implicaciones para el suministro de energía.
Hora de publicación: 28 de marzo de 2023