PCB

BGA Breakout-Breiten-Rechner

Finden Sie anhand des Ballspielfelds, des Bodendurchmessers, des Abstands Ihres Herstellers und der Anzahl der Spuren pro Kanal die breiteste Fluchtspur, die zwischen den BGA-Landen passt — und ob sie überhaupt passt.

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Formel

W_{max} = \frac{p_{eff} - D_{land} - (N+1)\,C}{N},\qquad p_{eff} = \begin{cases} p & \text{orthogonal}\\ p\sqrt{2} & \text{diagonal}\end{cases}

Referenz: IPC-7351B land geometry; clearance is a fabricator rule and is supplied as an input; rows per layer from Intel AN 114, "Board Design Guidelines for Intel Programmable Device Packages" (2019.12.31), section 1.3.4.1.

W_max— Breiteste Fluchtspur (mm)

p— Ballfeld (mm)

D_land— Landdurchmesser (mm)

C— Minimaler Abstand zwischen Kupfer und Kupfer (mm)

N— Spuren, die zwischen einem Landpaar verlaufen

Wie es funktioniert

Ob eine Spur zwischen zwei BGA-Pads entkommen kann, entscheidet darüber, wie viele Schichten ein Board benötigt. Passt eine Spur, brechen die beiden äußeren Reihen auf der obersten Ebene aus. Ist dies nicht der Fall, muss jede Reihe zu einer Durchkontaktierung auffächern und dann nach unten gehen, woraus sich die Anzahl der Schichten ergibt.

Die Arithmetik ist die gleiche wie bei jedem Pad-Entry-Problem, aber die Zahlen sind enger. Bei zwei benachbarten Flächen entsteht ein Kanal, dessen Höhe um einen Landdurchmesser abzüglich eines Ständerdurchmessers beträgt. N Spuren in diesem Kanal benötigen einen Abstand zu jedem Land und einen Abstand zwischen jedem benachbarten Paar, also N+1 Abstände. Was übrig bleibt, teilt sich zwischen den Spuren auf.

Eine diagonale Flucht verändert das Bild, weil der diagonale Nachbar nicht einen, sondern √2 Stellplätze entfernt sitzt. Der Kanal erweitert sich um diesen Faktor, der häufig den Unterschied zwischen Anpassung und Fehlfunktion ausmacht. Der Preis dafür ist, dass ein diagonaler Pfad einen größeren Teil des Arrays durchquert und Routing-Platz beansprucht, den andere Escapes benötigen würden.

Eine einzelne Ebene führt eine Reihe mehr heraus, als jeder Kanal Leiterbahnen trägt. Die äußerste Reihe wird ohne Kanal direkt nach außen geführt, und jede weitere Reihe braucht eine Leiterbahn mehr durch jeden Kanal außerhalb von ihr. Intels AN 114 sagt es für eine Leiterbahn zwischen den Pads: Die Signale der ersten beiden Balls lassen sich direkt auf der ersten Lage herausführen. Eine Leiterbahn pro Kanal bedeutet zwei Reihen pro Ebene und Seite; zwei bedeuten drei.

Das ist der Grund, warum Teile mit feiner Tonhöhe die Anzahl der Lagen so stark beeinflussen, und warum unterhalb einer bestimmten Tonhöhe der einzige Ausweg eine Durchquerung im Land selbst ist — eine Microvia und ein dazugehöriger Stapel.

Rechenbeispiel

Nehmen wir einen BGA mit 0,8 mm Rasterweite mit 0,4 mm Stegen und einem Hersteller-Mindestabstand von 0,1 mm, der orthogonal mit einer Leiterbahn pro Kanal austritt.

Der Kanal zwischen benachbarten Landesteilen ist:

0,8 − 0,4 = 0,4 mm

Eine Spur benötigt einen Abstand zu jedem Land, also zwei Abstände:

(1 + 1) × 0,1 = 0,2 mm

Abreise:

0,4 − 0,2 = 0,2 mm

Eine Fluchtspur von 0,2 mm passt also bequem — ein Standardverfahren, kein Aufpreis, und pro Schicht entweichen zwei Reihen: die äußere direkt, die nächste durch die Kanäle.

Ziehen Sie nun die Tonhöhe fest. Bei 0,5 mm mit 0,3 mm Stegen und gleichem Abstand von 0,1 mm beträgt der Kanal 0,2 mm und allein für die Abstände sind 0,2 mm erforderlich. Nichts entgeht: Das Ergebnis wird abgelehnt, und die angegebene Beschränkung ist der Abstand.

Bei einem Rastermaß von 0,4 mm und 0,25 mm Steg beträgt der Kanal nur 0,15 mm, während ein Abstand von 0,2 mm erforderlich ist — noch weiter von der Montage entfernt. Dies ist die Arithmetik hinter der Faustregel, dass Bauteile mit einem Rastermaß von 0,4 mm Durchkontaktierungen im Pad und einen Stapel aufbauen müssen: keine Präferenz, nur ein Kanal, der schmaler als zwei Abstände ist.

Zurück zum 0,8 mm-Teil: Durch Umschalten auf einen diagonalen Fluchtweg wird die effektive Tonhöhe auf 0,8 × √2 = 1.131 mm und der Kanal auf 0,731 mm erweitert, sodass 0,531 mm für die Spur übrig bleiben — viel mehr Platz als bei der orthogonalen Route.

Praktische Tipps

✓Führen Sie diese Berechnung durch, bevor Sie das Paket auswählen, nicht danach. Dies ist die Eingabe für die Schätzung der Layer-Anzahl, und die Layer-Anzahl gibt die Kosten an.
✓Vergleichen Sie ein Land ohne Lötmaskendefinition mit einem durch Lötmaske definierten Land — das kleinere Kupferland erweitert den Kanal messbar.
✓Wenn eine Spur nicht entkommen kann, überprüfen Sie die diagonale Groß- und Kleinschreibung, bevor Sie zu dem Schluss kommen, dass Sie einen Stapel aufbauen müssen.
✓Wenn die Fluchtspur unter 0,1 mm liegt, sollten Sie ein Angebot vom Hersteller einholen, bevor Sie sich verpflichten. Bei weniger als 0,075 mm müssen Sie damit rechnen, dass sie abgelehnt oder als fortschrittliche Technologie eingepreist wird.
✓Denke daran, dass die inneren Reihen immer noch irgendwo hin müssen. Wenn Sie N Reihen pro Ebene entkommen, bedeutet das ungefähr, dass Reihen durch N Lagen an Fanout geteilt werden.
✓Verwenden Sie hier den gleichen Abstand wie bei Ihren Pad- und Abstandsberechnungen, sodass der gesamte Footprint anhand einer Werkstattregel überprüft wird.

Häufige Fehler

✗Dimensionieren Sie die Escape-Spur auf das Impedanzziel und überprüfen Sie erst dann, ob sie passt. In der Regel entscheidet der Kanal, und die Impedanz muss auf andere Weise erreicht werden.
✗Vergessen wir, dass die zweite Spur in einem Kanal neben der eigenen Breite auch einen zusätzlichen Abstand kostet.
✗Angenommen, eine diagonale Flucht ist kostenlos. Es passt leichter, durchquert aber einen größeren Teil des Arrays und nimmt anderen Netzen Platz beim Routing weg.
✗Das Ballfeld wird als Kanalbreite verwendet. Der Kanal ist die Tonhöhe abzüglich eines Landdurchmessers.
✗Die Dimensionierung erfolgt anhand des Kugeldurchmessers und nicht anhand des Fußabdrucks. Das Land ist das, was sich auf dem Brett befindet, und es ist oft bewusst kleiner als der Ball.
✗Es werden Fluchtreihen pro Ebene und nicht pro Ebene pro Seite gezählt. Eine periphere Anordnung entweicht an vier Seiten; eine vollständige Anordnung entweicht überhaupt nicht aus der Mitte.

Häufig gestellte Fragen

Warum benötigt ein BGA mit 0,4 mm Pitch Microvias?

Führen Sie die Zahlen durch: Bei einem Abstand von 0,4 mm und einem Stab von 0,25 mm ist der Kanal 0,15 mm groß. Zwei Standardabstände verbrauchen mehr als das, sodass nichts zwischen den Landeflächen auf dieser Ebene entweicht. Der einzige Ausweg ist eine Öffnung im Land selbst, also eine Microvia und ein Stapel, der sich aufgebaut hat.

Hilft diagonales Routing wirklich?

Es erweitert den Kanal um den Faktor √2, , was oft den Unterschied ausmacht, ob es passt oder nicht. Der Preis dafür ist, dass der diagonale Pfad einen größeren Teil des Arrays durchquert und somit Routing-Platz beansprucht, den andere Escapes benötigen würden.

Wie viele Schichten benötigt das Fanout?

Ungefähr die Anzahl der Array-Reihen geteilt durch die Reihen, die eine Ebene herausführen kann, was dieser Rechner ausgibt. Eine vollständige Anordnung mit einer Spur pro Kanal führt zwei Reihen pro Lage und Seite heraus, die äußere und die dahinter, weshalb große Bauteile mit feiner Teilung die Lagenanzahl so stark beeinflussen.

Sollte ich den Kugeldurchmesser oder den Bodendurchmesser verwenden?

Der Bodendurchmesser — das ist das Kupfer auf Ihrer Platine, und daran wird der Abstand gemessen. Oft ist er bewusst kleiner als der Ball.

Kann ich zwei Leiterbahnen zwischen den Stegen auf einem Bauteil mit einem Rastermaß von 0,8 mm montieren?

Lass es laufen und sieh nach. Bei 0,4 mm Steg und 0,1 mm Abstand weist der Kanal zwei Spuren von 0,1 mm auf. Das ist zwar baubar, aber kein Standardverfahren mehr. Ob sich das lohnt, hängt davon ab, was ein Feinlinien-Aufpreis gegen ein zusätzliches Lagenpaar kostet.

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