ما الذي يسبب تداخل BGA؟

النقاط الرئيسية في هذه المقالة

- حزم BGA مدمجة الحجم وذات كثافة دبوس عالية.

- في حزم BGA، يسمى الحديث المتبادل للإشارة بسبب محاذاة الكرة واختلال المحاذاة باسم BGA.

- يعتمد تداخل BGA على موقع إشارة الدخيل وإشارة الضحية في مصفوفة شبكة الكرة.

في الدوائر المتكاملة متعددة البوابات وعدد الدبوس، يزداد مستوى التكامل بشكل كبير.أصبحت هذه الرقائق أكثر موثوقية وقوة وسهولة في الاستخدام بفضل تطوير حزم مصفوفة الشبكة الكروية (BGA)، والتي تكون أصغر حجمًا وسمكًا وأكبر في عدد المسامير.ومع ذلك، يؤثر تداخل BGA بشدة على سلامة الإشارة، مما يحد من استخدام حزم BGA.دعونا نناقش التعبئة والتغليف BGA والحديث المتبادل BGA.

حزم صفيف شبكة الكرة

حزمة BGA عبارة عن حزمة مثبتة على السطح تستخدم كرات موصلة معدنية صغيرة لتركيب الدائرة المتكاملة.تشكل هذه الكرات المعدنية نمطًا شبكيًا أو مصفوفيًا يتم ترتيبه تحت سطح الشريحة ومتصلاً بلوحة الدائرة المطبوعة.

حزمة مصفوفة الشبكة الكروية (BGA).

الأجهزة التي يتم تعبئتها في BGAs لا تحتوي على دبابيس أو أسلاك توصيل على محيط الشريحة.بدلاً من ذلك، يتم وضع مصفوفة شبكة الكرة في الجزء السفلي من الشريحة.تُسمى مصفوفات الشبكة الكروية هذه بكرات اللحام وتعمل كموصلات لحزمة BGA.

غالبًا ما تستخدم المعالجات الدقيقة ورقائق WiFi وFPGA حزم BGA.في شريحة حزمة BGA، تسمح كرات اللحام بتدفق التيار بين PCB والحزمة.ترتبط كرات اللحام هذه فعليًا بالركيزة شبه الموصلة للإلكترونيات.يتم استخدام رابطة الرصاص أو الرقاقة القلابة لتأسيس الاتصال الكهربائي بالركيزة والموت.توجد محاذاة موصلة داخل الركيزة مما يسمح بنقل الإشارات الكهربائية من الوصل بين الرقاقة والركيزة إلى التقاطع بين الركيزة ومصفوفة الشبكة الكروية.

تقوم حزمة BGA بتوزيع وصلات التوصيل أسفل القالب بنمط مصفوفة.يوفر هذا الترتيب عددًا أكبر من العملاء المتوقعين في حزمة BGA مقارنة بالحزم المسطحة والمزدوجة الصف.في العبوة المحتوية على الرصاص، يتم ترتيب المسامير عند الحدود.يحمل كل طرف من حزمة BGA كرة لحام موجودة على السطح السفلي للرقاقة.يوفر هذا الترتيب على السطح السفلي مساحة أكبر، مما يؤدي إلى المزيد من الدبابيس، وحجب أقل، وعدد أقل من شورتات الرصاص.في حزمة BGA، يتم محاذاة كرات اللحام بشكل أبعد من تلك الموجودة في الحزمة ذات الخيوط.

مزايا حزم BGA

تتميز حزمة BGA بأبعاد مدمجة وكثافة دبوس عالية.تتميز حزمة BGA بتحريض منخفض، مما يسمح باستخدام الفولتية المنخفضة.إن مصفوفة الشبكة الكروية متباعدة بشكل جيد، مما يجعل من السهل محاذاة شريحة BGA مع PCB.

بعض المزايا الأخرى لحزمة BGA هي:

- تبديد جيد للحرارة بسبب المقاومة الحرارية المنخفضة للعبوة.

- طول الرصاص في حزم BGA أقصر منه في الحزم التي تحتوي على عملاء محتملين.إن العدد الكبير من الخيوط بالإضافة إلى الحجم الأصغر يجعل حزمة BGA أكثر موصلية، وبالتالي تحسين الأداء.

- توفر حزم BGA أداءً أعلى بسرعات عالية مقارنة بالحزم المسطحة والحزم المزدوجة المضمنة.

- تزداد سرعة وإنتاجية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور عند استخدام الأجهزة المعبأة بـ BGA.تصبح عملية اللحام أسهل وأكثر ملاءمة، ويمكن إعادة صياغة حزم BGA بسهولة.

الحديث المتبادل بغا

تحتوي حزم BGA على بعض العيوب: لا يمكن ثني كرات اللحام، وصعوبة الفحص بسبب الكثافة العالية للعبوة، ويتطلب الإنتاج ذو الحجم الكبير استخدام معدات لحام باهظة الثمن.

لتقليل تداخل BGA، يعد ترتيب BGA منخفض التداخل أمرًا بالغ الأهمية.

تُستخدم حزم BGA غالبًا في عدد كبير من أجهزة الإدخال/الإخراج.يمكن أن يتم إزعاج الإشارات المرسلة والمستقبلة بواسطة شريحة مدمجة في حزمة BGA عن طريق اقتران طاقة الإشارة من سلك إلى آخر.يُطلق على تداخل الإشارة الناتج عن محاذاة كرات اللحام وعدم محاذاةها في حزمة BGA اسم تداخل BGA.يعد الحث المحدود بين صفائف الشبكة الكروية أحد أسباب تأثيرات الحديث المتبادل في حزم BGA.عند حدوث انتقالات عالية لتيار الإدخال/الإخراج (إشارات التطفل) في خيوط حزمة BGA، فإن الحث المحدود بين صفائف الشبكة الكروية المقابلة للإشارة ودبابيس الإرجاع يخلق تداخلًا في الجهد على ركيزة الرقاقة.يتسبب تداخل الجهد هذا في حدوث خلل في الإشارة التي يتم إرسالها من حزمة BGA على شكل ضوضاء، مما يؤدي إلى تأثير التداخل.

في تطبيقات مثل أنظمة الشبكات ذات مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور السميكة التي تستخدم الفتحات، يمكن أن يكون تداخل BGA شائعًا إذا لم يتم اتخاذ أي تدابير لحماية الفتحات.في مثل هذه الدوائر، يمكن أن تتسبب الفتحات الطويلة الموضوعة أسفل BGA في حدوث اقتران كبير وتوليد تداخل ملحوظ في الحديث المتبادل.

يعتمد الحديث المتبادل لـ BGA على موقع إشارة الدخيل وإشارة الضحية في مصفوفة الشبكة الكروية.لتقليل تداخل BGA، يعد ترتيب حزمة BGA منخفض التداخل أمرًا بالغ الأهمية.باستخدام برنامج Cadence Allegro Package Designer Plus، يمكن للمصممين تحسين التصميمات المعقدة ذات القالب الفردي والمتعدد للوصلات السلكية والرقائق؛توجيه ضغط دفع شعاعي بزاوية كاملة لمواجهة تحديات التوجيه الفريدة لتصميمات الركيزة BGA/LGA.وفحوصات DRC/DFA محددة لتوجيه أكثر دقة وكفاءة.تضمن فحوصات DRC/DFM/DFA المحددة تصميمات BGA/LGA الناجحة في مسار واحد.كما يتم توفير استخراج مفصل للربط البيني، ونمذجة الحزمة ثلاثية الأبعاد، وسلامة الإشارة والتحليل الحراري مع آثار إمدادات الطاقة.