Jednoduché routování CYG pouzdra DM816xx při návrhu DPS

Pouzdro typu CYG součástky DM816xx bylo navrženo podle technologie zvané „Via Channel™ Array“. Tato technologie umožňuje snadné připojení pájecích plošek pouzdra součástky na 4vrstvé desce se dvěma signálními a dvěma napájecími vrstvami při použití běžně velkých propojovacích via otvorů a šířek plošných spojů, což je cenově i časově velmi efektivní. V případě, že je použito více vrstev desky plošných spojů, je tažení plošných spojů ještě volnější a má více možností než u obvyklého BGA pouzdra. Tento článek popisuje, jak položit plošné spoje pro celé pouzdro tím, že ukáže detailně každý kvadrant pouzdra. Přestože k tomuto účelu byl použit návrhový program Allegro, mohou být použity i ostatní programy pro návrh desek.

Výhody návrhu s „Via Channel“

Via Channel technika spočívá v rozmístění pájecích plošek na BGA pouzdru tak, že je možné položit via otvory do volných mezer (kanálů) mezi nimi. Toto uspořádání má dvě hlavní výhody:

• Vnější průměr plošky via otvoru (také nazývaný „Annular Ring“) může být větší, než kdyby via otvor byl umístěný mezi pájecími ploškami, protože všechny via otvory jsou rozmístěny ve zvláštních oblastech nazývaných „Via Channels“. To činí výrobu desky levnější, protože mohou být použity via otvory 20/10, což znamená s vnějším průměrem 20 mils (0,5 mm) a výsledným otvorem 10 mils (0,254 mm). Menší via otvory mohou být také použity, ale nejsou vyžadovány.
• Na rozdíl od normálního BGA routování jsou zde via otvory seskupeny v radiálním vzoru. Plošné spoje tak mohou být snadněji rozvedeny od vnitřních oblastí pouzdra, protože nejsou omezeny na úzké cesty mezi mnoha řadami via otvorů. To umožňuje snížit počet vrstev desky, protože každá vrstva rozvádí více plošných spojů. V případě použití tohoto pouzdra je možné vždy použít desku se 4 vrstvami, pokud velikost desky není na závadu.

Obrázek. 1 názorně ukazuje výsledný pohled na pouzdro DM816xx. Celek je rozdělen na čtyři části – kvadranty, přičemž horní levý kvadrant je označen číslem 1 atd.

Obr. 1 Pohled na pouzdro DM816xx s „Via Channel Array“

Poznámka: Hotové propojení od Netra EVM (jak je zobrazeno) je dostupné na webové stránce TI (pod produktovými údaji DM816xx) ve formátu návrhového systému Allegro. Návrh desky má sice 6 vrstev s ohledem na různá omezení, ale i tak používá pouze dvě signální vrstvy pro plošné spoje.

Velikosti a požadavky při návrhu desky s DM816xx

Všeobecná pravidla pro návrh desky při použití tohoto typu pouzdra (CYG) a pro dále uvedené rozměry jsou:

• 0,3 mm BGA pad (jak doporučuje IPC standard 7351A a TI studie spolehlivosti),
• 4 mil (0,1 mm) šířka plošného spoje,
• 4 mil (0,1 mm) mezera spojů a via otvorů,
• 20 mil (0,50 mm) minimální průměr via plošky,
• 10 mil (0,25 mm) minimální výsledný průměr via otvoru.

Poznámka: Je užitečné používat při routování v CAD návrhovém programu metrické jednotky. Používání palcových jednotek (mils) může při vícenásobném kopírování nahromadit nepřípustně velkou odchylku vzniklou zaokrouhlováním.

Pokud je návrh proveden správně, potom výsledek lze charakterizovat takto:

• žádné slepé, stohované, pohřbené nebo mikro via,
• pouze dvě signální vrstvy desky.

Tento článek ukazuje jeden příklad routování DM816xx. Existuje ale mnoho dalších způsobů, jak tuto součástku propojit. Použití tohoto příkladu routování je povoleno každému ve všech případech, kdy to může být užitečné. Následující obrázky ukazují návrh desky od EVM při použití pouze dvou signálních vrstev (top/bottom).

Poznámka: Zatímco jsou zde zobrazena pouzdra některých blokovacích kondenzátorů, návrhář desky by se měl řídit informacemi o nich uvedenými v katalogovém listu dané součástky, kde jsou uvedeny velikosti i poznámky k umístění.

Zobrazení kvadrantů pouzdra

Obr. 2 zobrazuje plošné spoje v prvním kvadrantu. V další části bude toto provedení ukázáno v jednodušších partiích.

Obr. 2 První kvadrant (levý horní), horní a spodní strana desky	Obr. 3 První kvadrant – horní strana desky
Obr. 4 První kvadrant – spodní strana desky	Obr. 5 Druhý kvadrant, horní a spodní strana desky
Obr. 6 Druhý kvadrant – horní strana desky	Obr. 7 Druhý kvadrant – spodní strana desky
Obr. 8 Třetí kvadrant, horní a spodní strana desky	Obr. 9 Třetí kvadrant – horní strana desky

Obr. 10 Třetí kvadrant – spodní strana desky	Obr. 11 Čtvrtý kvadrant, horní a spodní strana desky
Obr. 12 Čtvrtý kvadrant – horní strana desky	Obr. 13 Čtvrtý kvadrant – spodní strana desky

Speciální via otvory v napájecích a GND plochách

Uprostřed pouzdra jsou mezi pájecími ploškami zobrazeny via otvory. Tyto via otvory jsou použité pouze v napájecí a zemnící ploše mezi pájecími ploškami se stejným názvem spoje (net). Mezi čtyři pájecí plošky se stejným názvem netu napájení a GND je možné položit via otvory s větším rozměrem. Položení via otvorů s ploškou 20 mil (0,5 mm) mezi čtyři pájecí plošky 0,3 mm s roztečí 0,65 mm by normálně způsobilo porušení návrhových pravidel (DRC), protože není dodržena mezera 0,1 mm kolem plošky této velikosti. Protože vylévaná měď (copper pour) v této oblasti zahrne i plošku via otvoru, není její velikost na horní straně desky důležitá. V tomto případu existuje několik možností, jak předejít úmyslnému porušení DRC:

• Vypněte nastavení kontroly minimální mezery mezi spoji se stejnými názvy spoje (net). Allegro a pravděpodobně i další CAD návrhové programy to umí. Toto je asi nejlepší metoda, protože nevyžaduje žádné zvláštní změny na desce.
• Definujte a použijte v těchto plochách speciální via otvor (pouze mezi čtyřmi pájecími ploškami se stejným názvem netu), který má následující složení na jednotlivých vrstvách desky:

Horní strana: → 16 mil (0,4 mm) průměr plošky via otvoru

Vnitřní vrstvy: → 20 mil (0,4 mm) nebo 18 mil (0,35 mm) průměr plošky via otvoru

Spodní strana: → 20 mil (0,4 mm) nebo 18 mil (0,35 mm) průměr plošky via otvoru

Vrtání: → 10 mil (0,25 mm) výsledný průměr otvoru

Via s ploškou 16 mil (0,4 mm) na horní straně desky padne dobře mezi čtyři pájecí plošky bez problému s DRC kontrolou nastavenou na mezeru 4 mil (0,1 mm), zatímco na vnitřních vrstvách a spodní straně desky má plošku 20 mil (0,5 mm) s průměrem výsledného vrtání 10 mil (0,25 mm). Úprava by neměla vadit většině výrobců DPS, i když může být nutné vysvětlit důvod pro takovéto uspořádání.

Jedním nebo druhým opatřením je možné položit více via otvorů k těsnému propojení napájecích napětí na horní straně desky s napájecí a zemnící vrstvou desky.

Nyní jste připravení propojit zbytek vašeho návrhu desky s DM816xxx.