PCB廠：HDI PCB設計中的阻抗匹配和共享

阻抗匹配是配置負載輸入阻抗或其信號源輸出阻抗的一種方法。 執行它是為了實現最大功率傳輸并減少來自負載的信號反射。 換句話說，為了正確的阻抗控制，負載阻抗必須等于傳輸線的特性阻抗。 當發射的信號沒有被反射時，表明負載已經吸收了所有信號。 HDI中的阻抗匹配完全是為了避免傳輸故障，特別是電阻和PCB電介質造成的損耗。

微孔可用于為阻抗匹配系統創建易于生產的 PCB 布線。 BGA逃逸布線技術和狗骨扇出結構可用于實現HDI中的阻抗匹配。

PCB走線什么時候需要阻抗匹配？

阻抗匹配由信號的陡度和上升/下降時間決定，而不是由頻率決定。 如果信號的上升/下降時間（基于10%到90%）小于跟蹤延遲的6倍，則稱為高速信號。 這里，應該進行精確的阻抗匹配。

HDI阻抗匹配的挑戰

在HDI中實現阻抗匹配時，設計人員會遇到以下挑戰：

• 在高密度互連設計中，組件的焊盤間距較小，例如 BGA。 間距小于或等于0.65毫米的BGA使其布線和控制其寬度具有挑戰性。 在這種情況下，可以使用焊盤內過孔和BGA逃逸布線技術。
  

• 帶有盲孔的焊盤中的通孔是一個優勢，因為它們避免了通孔樁，從而提高了信號完整性。
  

• 在需要阻抗控制布線的HDI板中，精心設計的布線和堆疊對于確保阻抗符合信號標準至關重要。
  

調整 HDI 阻抗的設計線寬

布線的阻抗由其距參考平面的寬度和高度決定。 在采用細間距 BGA 的 HDI 板中，請仔細選擇布線寬度和高度，以避免焊盤和焊盤中的通孔之間布線。

在 HDI PCB 中使用 BGA 逃逸布線進行阻抗控制

處理高密度互連時會使用多種 BGA 組件。 需要一種逃逸布線方案，以便將電線引入和引出具有大量引腳的球柵陣列的底部。 在某些需要受控阻抗的情況下（例如 FPGA 和其他高速組件），BGA 逃逸布線可能具有挑戰性。

設計電路板時使用的逃逸布線策略很大程度上取決于 BGA 間距，該間距定義了允許放置在焊球之間的布線寬度。 布線的精細程度還取決于制造商的限制、層堆疊和必要的阻抗。 選擇逃生路線方案時，請記住以下準則：

• 中等數量薄間距 BGA 的逃逸布線技術從頸縮方法開始，因為走線是從 BGA 進出的。

• 外部布線可直接布線至電路板上的第一排焊盤。

• 網格陣列上第二排焊盤的走線寬度顯著減小，以便可以安裝在第一排焊盤之間。

• 要到達其余行的內墊，請穿過內層。 通常，每個信號層都路由到兩條線路，從而限制阻抗和 HDI 串擾。

Dogbone扇出是最流行的BGA逃逸布線和扇出方法（如下圖所示）。 這種扇出技術有助于將焊盤中的通孔放置得更靠近焊盤。 由于元件不是通過通孔直接焊接到焊盤上，因此不需要填充電鍍。 1 毫米 BGA 和 0.8 毫米 BGA 可能適合狗骨扇形。

當BGA間距小于0.5毫米時，首選微孔焊盤逃逸布線技術。 微通孔直接放置在焊盤中，而不是將小跡線布線到焊盤的側面。 為了防止焊芯吸附到電路板背面，微孔中填充導電環氧樹脂并鍍銅。

用于 BGA 逃逸布線的微孔

如果焊盤尺寸（包括環）對于細間距 BGA 來說足夠小，則使用微孔進行內部 BGA 逃逸布線。 微孔與常規孔的區別如下：

• 過孔長度：過孔最多只能穿過一層或兩層。 如果標準厚度PCB的層數非常多，通孔可以跨越更多層，但這需要額外的制造程序。 盡量采用堆疊盲孔和跨單層的埋孔。

• 微孔縱橫比：微孔縱橫比（深度除以直徑）應為0.75:1。 讓我們通過考慮 32 層厚板的示例來理解這一點。 由于層厚度（對于 2 層芯）為 2 密耳，因此直徑不應小于 2.7 密耳。

微通孔只能安全地機械鉆到8密耳，但由于經常發生鉆孔斷裂，機械PCB鉆8密耳的成本可以接近激光鉆孔的價格。 機械通孔的吞吐量低于激光鉆孔，因為機械鉆孔必須小心進行，以避免鉆頭破損。 因此，一旦開始使用激光鉆孔，您將看到每塊板的總成本降低。

要在 0.8 毫米間距 BGA 上采用狗骨式扇出，布線寬度必須為 10 密耳或更小，并且微孔必須更小（約 6 密耳）。 對于間距更細（0.5 mm）的球柵陣列，使用填充和電鍍的焊盤內孔通過 7 mil 或 8 mil 布線到內層。 這將在相鄰焊盤之間提供足夠的空間。

無論何種設計風格，孔都可以堆疊或交錯排列，以達到所需的布線密度。 采用IPC 6012的要求，確保微孔和周圍環尺寸的最佳可靠性。 BGA 逃逸布線中焊盤中微孔的相關性可以通過以下事實來理解：在某些情況下，BGA 間距可以低至 0.3 mm。

如何放置逃生路線盲孔

內部布線空間采用盲孔法：

盲孔是一種有價值的HDI設計方法，可以釋放額外的內層布線空間。 當在過孔之間使用時，這些類型的過孔使內層的布線空間加倍。 它允許額外的布線來連接內部 BGA 線路上的引腳。

采用這種方法，需要四分之一的信號層來連接高I/O BGA。 盲孔以十字形、L形或對角線的形式放置，形成林蔭大道。 電源和接地引腳分配決定了使用哪種配置。

將盲孔放置為十字形、L 形或對角線形狀，在內層上創建一條林蔭大道，以允許更高密度的路線和逃生。

解釋：“每一層可以連接更多的路線，通過利用林蔭道創造額外的布線空間，可以減少信號層的總數。利用盲孔創建四個十字形林蔭道。新設計的林蔭道還提供了48條逃生路線 每層（8 x 6 路由），并提高了內部路由的信號完整性。它允許刪除兩個布線層和兩個參考平面。

此外，他表示，“在電路板的次級側，可以觀察到使用盲孔創建林蔭大道的另一個優點。通孔橫跨整個電路板，但林蔭大道現在在 BGA 中是開放的。”

扇出長度和布線寬度

使用高速 IC 時，阻抗幾乎始終是一個因素。 在檢查扇出部分的長度時，扇出接線和阻抗控制之間的關系就會發揮作用。 由于布線長度（如果有）和過孔的寄生電容/電感，BGA 扇出部分將有其阻抗。

首先，檢查信號帶寬以確定信號是否會拾取路由阻抗。 如果走線長度明顯小于帶寬高端對應的波長，則BGA風扇的走線部分可以忽略。 最好的方法是計算負載阻抗，它是扇出路由長度和扇出路由（頸縮后）創建的網絡輸入阻抗的函數。

使用信號波長所需長度的 10% 限制作為良好的近似值。 對拐點頻率為 20GHz 的數字信號謹慎的 10% 限制將導致臨界長度為 0.73mm（FR4 基板中的帶狀線）。 這意味著較大的 IC（例如 FPGA）需要為單端和差分對提供阻抗匹配扇出。