BGA ブレークアウト幅計算ツール
ボールピッチ、ランド径、ファブリケーターのクリアランス、チャンネルあたりのトレース数から、BGAランド間に収まる最も幅の広いエスケープトレースを見つけ、それが完全に収まるかどうかも調べてください。
公式
参考: 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.
仕組み
トレースが2つのBGAランドの間を抜け出せるかどうかによって、ボードに必要なレイヤーの数が決まります。1 本のトレースが通れば、外側の 2 列が最上層で引き出されます。そうでない場合は、すべての列がビアにファンアウトして下向きになり、そこからレイヤー数が決まります。
算術は他のパッド入力問題と同じですが、数値がより厳しくなります。隣接する 2 つのランドには、1 つのランド径を引いたピッチのチャネルが 1 つ残ります。その水路内の N 個のトレースには、各ランドに 1 つ、隣接する各ペアに 1 つのクリアランスが必要です。つまり、N+1 のクリアランスが必要です。残っているものはトレース間で分けられます。
斜めにエスケープすると絵が変わる。というのも、対角線上の隣のものが1ピッチではなく √2 離れて座っているからだ。この係数によってチャネルが広がります。これはフィッティングとフィッティングしない場合の違いであることが多いです。その代償は、対角線状の経路が配列を横切る範囲が広くなり、他のエスケープが求めていたルーティングスペースを消費してしまうことです。
1 つの層で引き出せる列数は、各チャネルを通すトレース数より 1 つ多くなります。最外周の列はチャネルを通らずにそのまま外側へ引き出せ、その内側の列は 1 列ごとに、外側にあるすべてのチャネルを通るトレースが 1 本ずつ増えるためです。Intel の AN 114 は、パッド間にトレースが 1 本の場合について、最初の 2 つのボールの信号は第 1 層で直接引き出せると述べています。チャネルあたり 1 本なら各辺で層あたり 2 列、2 本なら 3 列です。
これが、ファインピッチの部品がレイヤーカウントを非常に困難にする理由であり、特定のピッチ未満では、ランド自体のビア、つまりマイクロビアとそれに付随するビルドアップスタックが唯一の方法である理由です。
計算例
0.8mmピッチのBGAで、ランドが0.4mm、ファブリケーターの最小クリアランスが0.1mmで、チャンネルごとに1つのトレースで直交的にエスケープします。
隣接するランド間のチャネルは次のとおりです。
0.8 − 0.4 = 0.4 ミリメートル
1 つのトレースで各ランドへのクリアランスが必要なので、2 つのクリアランス:
(1 + 1) × 0.1 = 0.2 ミリメートル
退出:
0.4 − 0.2 = 0.2 ミリメートル
そのため、0.2 mm のエスケープトレースは余裕をもって収まります。標準的なプロセスで追加料金はなく、層あたり 2 列が引き出せます。外側の列は直接、その次の列はチャネルを通して引き出します。
今度はピッチをきつく締めてください。0.5 mm、ランドが 0.3 mm、クリアランスが同じ 0.1 mm の場合、チャンネルは 0.2 mm で、クリアランスだけでも0.2 mm必要です。逃げるものはありません。結果は拒否され、名前が付けられた制約はクリアランスです。
0.4 mm ピッチで 0.25 mm の着地では、0.2 mm のクリアランス要求に対して、チャンネルは 0.15 mm しかありません。これはまだフィッティングにはほど遠いものです。これが、0.4 mmピッチの部品にはパッドとビルドアップスタックにビアが必要であるという経験則の背後にある計算です。好みではなく、2つのクリアランスよりも狭いチャネルが必要です。
0.8mmの部分に戻りますが、対角線のエスケープに切り替えると、有効ピッチが0.8× √2 = 1.131 mmに、チャンネルが0.731 mmに広がります。これにより、トレース用のスペースが0.531 mmになります。これは、直交ルートよりもはるかに広いスペースです。
実践的なヒント
- ✓この計算は、パッケージを選択した後ではなく、パッケージを選択する前に行ってください。これはレイヤー数の推定値への入力であり、レイヤー数はコストです。
- ✓ソルダーマスクで定義されたランドとソルダーマスクで定義されたランドを比較してください。銅のランドが小さいほど、チャネルがかなり広がります。
- ✓トレースが 1 つでも抜けられない場合は、ビルドアップスタックが必要だと結論付ける前に、対角線のケースを確認してください。
- ✓エスケープトレースが0.1mm未満の場合は、コミットする前に製造業者の見積もりを入手してください。0.075mm未満では、採用が拒否されるか、高度な技術として価格設定される場合があります。
- ✓内側の行にはまだどこかに行く必要があることを忘れないでください。1 レイヤーあたり N 行をエスケープするということは、ファンアウトを大まかに行数を N 層で割ったことになります。
- ✓ここでは、パッドとスペーシングの計算と同じクリアランス値を使用して、フットプリント全体が1つのショップルールに照らしてチェックされるようにします。
よくある間違い
- ✗エスケープトレースのサイズをインピーダンス目標に合わせて設定し、それが適合するかどうかを確認します。通常はチャンネルが決定するので、インピーダンスを別の方法で満たす必要があります。
- ✗チャンネル内の2番目のトレースには、それ自体の幅だけでなく余分なクリアランスも必要であることを忘れてください。
- ✗対角線エスケープが無料だと仮定します。より簡単に収まりますが、配列を横切る範囲が広くなり、他のネットの配線スペースが取られます。
- ✗ボールのピッチをチャンネル幅として使用します。チャンネルは、ピッチからランド径を 1 つ引いたものです。
- ✗サイズはフットプリントではなくボールの直径で決まります。ランドはボード上にあるものなので、ボールよりも意図的に小さいことが多いです。
- ✗サイドごとのレイヤーごとではなく、レイヤーごとにエスケープ行を数えます。ペリフェラルアレイは 4 つの側面からエスケープしますが、アレイ全体が中央からエスケープされることはまったくありません。
よくある質問
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