(Pregunta básica) Apilado de capas múltiples BGA/diseño de PCB

Question

Entrando en BGA's recientemente si no más que por necesidad, ya que todos los 'chips cool' hoy en día se ofrecen de esa manera.

Sin embargo, siento que me falta algo esencial cuando se trata del diseño/comprensión de los planos de alimentación y tierra en capas. SMT por sí solo es bastante directo y sencillo y siento que entiendo el concepto, pero aún no comprendo la implementación...

Como ejemplo, consulte una imagen de esta guía de diseño de BGA de Lattice:

Los planos de señal, el fan-out, los vias superior e inferior están muy claros... Pero, honestamente, no puedo entender exactamente qué está 'pasando' con los planos de alimentación y tierra... O por ejemplo para la capa de alimentación, claramente hay dos dominios aquí [VCCCore y VCCio], que están conectados/separados... Pero obviamente no hay 'trazas' de otro modo.... Quiero decir, ¿las áreas rojas y verdes son solo un 'relleno de cobre'? y si es así, ¿por qué los vias al mismo plano necesitan superponerse?

Puede haber otras razones más complejas detrás de esto, pero siento que la respuesta 'básica' debería ser simple, pero simplemente no lo estoy 'entendiendo'... 'viéndolo'... (es decir, incluso como se mencionaba antes, bueno, planos de alimentación separados-- Ya sea que la traza esté invertida en negro o solo hay un pin aislado único (a la derecha) en ese dominio o simplemente no estoy entendiendo...

Agradecería cualquier consejo, recursos, referencias para mejorar mi comprensión.

Answer 1

En estas imágenes, todo lo que no es negro es algo: ya sea una perforación de vía, una pista de cobre o vertido, o una marca de serigrafía. Desafortunadamente parece que las perforaciones de vía no se muestran en todas las imágenes, especialmente en la capa de alimentación, lo que lo hace un poco confuso. Los dos círculos verde oscuro cerca del centro del chip en la capa de tierra son dos vias que se conectan al plano de tierra. Todos los círculos interconectados en negro son distancias entre el plano y otras vías de señal y energía que no se conectan al plano de tierra.

Este chip en particular requiere una tierra y dos fuentes de alimentación, vcccore y vccio. La Capa 5 ofrece la mejor imagen de las vías. Mentalmente mueve esto sobre las capas de alimentación y luego podrás ver qué pines están conectados a las capas y cuáles pasan a través de agujeros en las capas. Por ejemplo, el grupo de vías en la esquina inferior izquierda en la capa 5, dos de ellas están conectadas a vcccore. También parecen estar conectadas a los condensadores de derivación en la capa 6.

Los planos son buenos porque pueden actuar como aislamiento entre las capas de señal. Curiosamente, no importa si un plano es de alimentación o tierra, ambos proporcionan las mismas propiedades de aislamiento. Los grandes planos de alimentación y tierra colocados cerca uno del otro también proporcionan una pequeña cantidad de desacople de alta frecuencia. Los planos también tienen una impedancia menor que las pistas y, como tales, no requieren tanto derivación, pudiendo transportar corrientes bastante grandes, lo cual puede ser necesario para grandes ASIC y FPGAs donde las corrientes de suministro del núcleo pueden ser de 10A o más por chip.

Aquí hay una imagen de otra huella BGA con varios vertidos de cobre y vías más obvias:

Fuente de la imagen: http://techdocs.altium.com/display/ADOH/Unused+Pad+Shape+Removal

Muchas de las vías en esa imagen no tienen almohadillas ya que no están conectadas en esa capa en particular. Esto proporciona más espacio para que el vertido de cobre pase entre los agujeros sin almohadilla.

Aquí hay una captura de pantalla del mismo archivo PDF con las vías resaltadas en blanco en todas las capas:

De esta imagen, puedes ver claramente que dos vías se conectan a tierra, dos se conectan a vccio, y 4 se conectan a vccore. También puedes ver que las dos vías que se conectan a GND pasan directamente a través de los planos de vccore y vccio sin conectarse. No se utilizan vías ciegas o enterradas aquí, las vías pasan por las 6 capas, desde la capa 1 en la parte superior de la placa hasta la capa 6 en la parte inferior de la placa. También se pueden ver las vías de tierra que conectan los condensadores de derivación en la capa 6 al plano de tierra, aunque no resalté estas vías.

Me parece muy extraño que el chip tenga 6 pines de alimentación pero solo 2 pines de tierra. Generalmente los chips (especialmente en paquetes BGA) tendrán al menos tantos pines de tierra como de alimentación.

Answer 2

Entonces, las áreas verdes y rojas son planos como dices o puedes pensar en ellas como vertidos de cobre, básicamente es cobre lo que estás viendo. Puedes ver si observas el vcc uno que está dividido en dos dominios de potencia, la línea oscura indica la división.

Los agujeros negros oscuros que parecen estar en ambas capas son, de hecho, el espacio requerido alrededor de los vias de paso para perforar. En otras palabras, en ese lugar, el cobre ha sido eliminado del plano para que no haga cortocircuito al via de paso mientras pasa. Un via de paso podría ser, por ejemplo, para pasar una señal de la capa superior a la inferior.

Si los alinearás uno encima del otro, probablemente verías que muchos de estos agujeros se alinean, pero algunos solo están presentes en un plano u otro, lo que indicaría un via conectado a ese plano.

Espero que tenga sentido, el negro es simplemente un espacio eliminado de cobre negativo.