BGA: colocación de condensadores y otras almohadillas

Question

Estoy haciendo mi primer diseño BGA con un microcontrolador. Los condensadores de bypass deben estar en la parte inferior y me gustaría tener el tamaño mínimo de condensador 0402. Ahora tengo el problema de que los condensadores son demasiado grandes y no puedo colocarlos solo entre los pads de la parte inferior. Por lo tanto tenía en mente usar vias rellenas+tapadas y colocar los condensadores directamente encima de las vias. Sin el uso de vias enterradas es inevitable conectar el pad de tierra de los condensadores a otro pad del chip BGA. Vea esta imagen:

El pad A10 no se utiliza actualmente, por lo que quería colocar el condensador de forma que el pad A10 esté conectado a masa.

Esto sólo conduce a un contacto directo del pin A10 del microcontrolador con el potencial de tierra. No estoy muy satisfecho con esto porque mientras se programa el microcontrolador, uno podría por accidente establecer un alto potencial de salida al pin GPIO A10 y causar un cortocircuito. Por lo tanto, tuve la idea de utilizar vía tenting con máscara de soldadura del pad A10 para que el pin del microcontrolador no se conecte al pad.

Pero..: ¿Es una buena idea? ¿Causa problemas al soldar el chip? Como la pasta de soldar no puede llenar el pad A10, el chip podría levantarse ligeramente aquí, supongo. El chip BGA está preballado.

¿Cuál sería su opción para evitarlo?

Gracias.

Answer 1

Rara vez necesitarás o querrás poner el condensador exactamente en la almohadilla de alimentación. Sí, querrás mantenerlo cerca para un mejor desacoplamiento, pero justo fuera del patio del CI está muy bien.

Como ya ha mencionado Andy, en general no se recomienda utilizar agujeros pasantes chapados para las pastillas BGA. Incluso con microvías, hay una tendencia a que la soldadura quiera pasar a través del agujero y puede terminar con huecos donde antes estaban las bolas de soldadura.

Como has mencionado, rellenar y tapar la vía lo evitará, pero con un coste añadido.

La mayoría de la gente utiliza dogbones para enrutar fuera de la almohadilla BGA para evitar poner una vía en la almohadilla:

Puedes hacer uno de estos para cada pad que necesites llegar a una capa diferente - típicamente todos los pads PWR y GND se conectarán a sus respectivos planos con uno de estos vias.

Dependiendo del tamaño de su paquete BGA, es posible que pueda enrutar el resto de las señales directamente en la capa de componentes, evitando por completo una vía.

Hablando de planos, no mencionas cuántas capas piensas utilizar para esta PCB. Yo diría que 4 es un mínimo para la mayoría de los diseños BGA. Si tienes un plano PWR y GND puedes usar un dogbone y dejar caer una via para conectar al plano respectivo. Luego puedes colocar tu condensador en un lugar mas comodo y conectarlo a los planos con vias.

Al final necesitarás suficientes capas para sacar cada señal sin chocar con una vía (agujero pasante) o traza cercana. Las vías ciegas (vías que van de una capa exterior a una interior sin atravesarlas del todo) ayudan enormemente pero, de nuevo, añaden coste.

Esta imagen de Altium muestra un fanout de 4 capas para un BGA pequeño:

Puedes ver que empiezas a tener dificultades para enrutar hacia fuera cuanto más te adentras. Esa página de Altium tiene algunos buenos consejos y muestra cómo utilizar sus herramientas para ayudar.

Mentor Graphics acaba de publicar un libro de Charles Pfeil que cubre más de lo que nunca te interesará saber sobre el enrutamiento BGA. Puede encontrarlo aquí (descarga gratuita, pero requiere registro):

https://www.mentor.com/pcb/resources/overview/bga-breakouts-and-routing-5e5d097e-55e4-47f6-b5af-dcc55e1892b0

Página de fanout de Altium:

http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Fanout+y+Rutas+de+escape

Answer 2

No utilices agujeros pasantes para tus conexiones BGA, utiliza almohadillas circulares en la parte superior y baja las conexiones con micro vías colocadas justo como las quieres. Puede utilizar taladros muy pequeños para hacer vías realmente diminutas.