この記事の要点
- BGA パッケージはサイズがコンパクトで、ピン密度が高くなります。
- BGA パッケージでは、ボールの位置合わせや位置ずれによる信号のクロストークを BGA クロストークと呼びます。
- BGA クロストークは、ボール グリッド アレイ内の侵入者信号と被害者信号の位置に依存します。
マルチゲートおよびピン数の IC では、集積度が指数関数的に増加します。これらのチップは、サイズと厚さがより小さく、ピン数が多いボール グリッド アレイ (BGA) パッケージの開発のおかげで、より信頼性が高く、堅牢で、使いやすくなりました。ただし、BGA クロストークは信号の完全性に重大な影響を与えるため、BGA パッケージの使用が制限されます。BGA パッケージングと BGA クロストークについて説明しましょう。
ボール グリッド アレイ パッケージ
BGA パッケージは、集積回路を実装するために小さな金属導体ボールを使用する表面実装パッケージです。これらの金属ボールは、チップの表面の下に配置され、プリント回路基板に接続されるグリッドまたはマトリックス パターンを形成します。
ボール グリッド アレイ (BGA) パッケージ
BGA にパッケージ化されたデバイスには、チップの周囲にピンやリードがありません。代わりに、ボール グリッド アレイがチップの底部に配置されます。これらのボール グリッド アレイははんだボールと呼ばれ、BGA パッケージのコネクタとして機能します。
マイクロプロセッサ、WiFi チップ、FPGA では、多くの場合 BGA パッケージが使用されます。BGA パッケージ チップでは、はんだボールにより PCB とパッケージの間に電流が流れます。これらのはんだボールは、電子機器の半導体基板に物理的に接続されています。リードボンディングまたはフリップチップは、基板とダイへの電気接続を確立するために使用されます。導電性アライメントは基板内に配置されており、電気信号がチップと基板の間の接合部から基板とボールグリッドアレイの間の接合部に伝送されることを可能にします。
BGA パッケージは、ダイの下にマトリックス パターンで接続リードを配置します。この配置により、BGA パッケージにはフラット パッケージや 2 列パッケージよりも多くのリードが提供されます。リード付きパッケージでは、ピンが境界に配置されます。BGA パッケージの各ピンには、チップの下面にあるはんだボールが搭載されています。下面のこの配置により、より多くの面積が提供され、その結果、ピンの数が増え、ブロッキングが減少し、リードのショートが減少します。BGA パッケージでは、はんだボールはリード付きのパッケージよりも最も離れて配置されます。
BGAパッケージのメリット
BGA パッケージは、コンパクトな寸法と高いピン密度を備えています。BGA パッケージはインダクタンスが低いため、より低い電圧の使用が可能になります。ボール グリッド アレイは十分な間隔で配置されているため、BGA チップと PCB の位置合わせが容易になります。
BGA パッケージのその他の利点は次のとおりです。
・パッケージの熱抵抗が低いため放熱性に優れています。
- BGA パッケージのリード長は、リード付きパッケージに比べて短くなります。多数のリードと小型サイズの組み合わせにより、BGA パッケージの導電性が向上し、パフォーマンスが向上します。
- BGA パッケージは、フラット パッケージやダブル インライン パッケージと比較して、高速で高いパフォーマンスを提供します。
- BGA パッケージのデバイスを使用すると、PCB 製造の速度と歩留まりが向上します。はんだ付けプロセスがより簡単かつ便利になり、BGA パッケージを簡単に再加工できます。
BGA クロストーク
BGA パッケージにはいくつかの欠点があります。はんだボールは曲げられない、パッケージの密度が高いため検査が難しい、大量生産には高価なはんだ付け装置の使用が必要です。
BGA クロストークを低減するには、低クロストーク BGA 配置が重要です。
BGA パッケージは、多くの I/O デバイスでよく使用されます。BGA パッケージ内の統合チップによって送受信される信号は、あるリードから別のリードへの信号エネルギー結合によって妨害される可能性があります。BGA パッケージ内のはんだボールの位置合わせや位置ずれによって生じる信号のクロストークを BGA クロストークと呼びます。ボール グリッド アレイ間の有限のインダクタンスは、BGA パッケージにおけるクロストーク効果の原因の 1 つです。BGA パッケージのリード線で高い I/O 電流過渡現象 (侵入信号) が発生すると、信号ピンとリターン ピンに対応するボール グリッド アレイ間の有限インダクタンスにより、チップ基板上で電圧干渉が発生します。この電圧干渉により信号グリッチが発生し、BGA パッケージからノイズとして送信され、クロストーク効果が発生します。
スルーホールを使用する厚い PCB を備えたネットワーク システムなどのアプリケーションでは、スルーホールをシールドするための対策が講じられていない場合、BGA クロストークが発生する可能性があります。このような回路では、BGA の下に配置された長いビア ホールが重大な結合を引き起こし、顕著なクロストーク干渉を引き起こす可能性があります。
BGA クロストークは、ボール グリッド アレイ内の侵入者信号と被害者信号の位置に依存します。BGA クロストークを低減するには、低クロストーク BGA パッケージ配置が重要です。Cadence Allegro Package Designer Plus ソフトウェアを使用すると、設計者は複雑なシングルダイおよびマルチダイのワイヤボンドおよびフリップチップ設計を最適化できます。ラジアル、フルアングルのプッシュスクイーズ配線により、BGA/LGA 基板設計特有の配線の課題に対処します。より正確かつ効率的なルーティングのための特定の DRC/DFA チェック。特定の DRC/DFM/DFA チェックにより、BGA/LGA 設計が 1 回のパスで成功することが保証されます。詳細な相互接続抽出、3D パッケージ モデリング、電源への影響を伴うシグナル インテグリティと熱解析も提供されます。
投稿日時: 2023 年 3 月 28 日