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讓封裝和PCB設計飛起來!

發(fā)布時間:2016-01-28 責任編輯:susan

【導讀】現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計通常包括設計各種元器件或者設計彼此隔離度較近的系統(tǒng)。芯片上的電路位置決定著IC的設計和管腳輸出。封裝設計則通常采用“扔過墻”的芯片設計,為了使封裝盡可能小,需要設計較短的封裝鍵合線。讓封裝和PCB設計飛起來!

隨著如今SoC復雜程度的不斷增加,以及多芯片封裝的發(fā)展,各公司已開始認識到IC、封裝基底和PCB設計組之間交叉領(lǐng)域協(xié)作的價值。由于高管腳數(shù)目器件具有成本敏感性這一特點,工程師不得不重新考慮在對復雜的IC封裝變量進行折衷的同時,如何規(guī)劃和優(yōu)化芯片的I/O布局。并且針對多個板級平臺進行所有這些工作?,F(xiàn)在,各種工具的出現(xiàn)讓封裝和PCB的設計成為一個合作、相互受益的過程。

認知設計

要最大程度地發(fā)揮作用,EDA工具應當清楚知道會在其他過程中用到的工具。在封裝和PCB設計領(lǐng)域,相互之間的認識很少。誠然,F(xiàn)PGA管腳輸出可以在一定范圍內(nèi)由用戶定義,但“標準”元件一般沒有這樣的選項。

讓工具清楚設計及產(chǎn)品設計到工藝流程中的其他環(huán)節(jié),這些工具就能在更短的時間內(nèi)合作并交付出更好的系統(tǒng)設計。此外,標準IC芯片能以不同方式封裝,這取決于終端產(chǎn)品的外形參數(shù),從而為各種方式實現(xiàn)更為優(yōu)化的解決方案。

工具之間如何快速地進行相互認知,然后合作交付出更優(yōu)的設計呢?使用相同CPU芯片的智能手機和平板電腦的設計便可以完美地說明這一模式。顯然,許多移動設備公司正在進行這樣的嘗試。

然而,相比智能手機,平板電腦的PCB基板上可用面積顯然更大,其約束也更少。因此,平板電腦上的CPU封裝可能更大,有不同的管腳輸出,或者可能比智能手機上的CPU功耗更大功率。因此,單個“標準”封裝可能并非最佳應用封裝(圖1)。

讓封裝和PCB設計飛起來!
圖1:平板電腦設計可能有更多可用的基板面積布局CPU和膠接電路,使上層封裝進行運作。但對于使用相同CPU的智能手機而言,這種方式空間要求過大,因此更好的解決方案是使用下層封裝。

現(xiàn)在,使用新工具,設計師能配置芯片,從封裝的視角“看看”設計,再轉(zhuǎn)移到PCB(傳統(tǒng)方法),或先了解PCB設計要求,再返回到封裝設計中。而且,他們能拿到每個使用該CPU的產(chǎn)品,再從PCB回過頭來設計專門為此進行設計優(yōu)化的最佳封裝。

從封裝觀點來看,物理設計規(guī)則由PCB設計要求決定。然后,工具與規(guī)則和封裝設計師交互合作,交付出適用于該芯片特定應用的最佳封裝。這種相對較快的封裝設計方法還能探索不同的創(chuàng)意,以快速找到最佳方案。

真實案例

圖2為假定的產(chǎn)品設計。在這個例子中,最終產(chǎn)品的外形參數(shù)已知,元器件也已進行初步布局。注意頂部的說明,已預留布局CPU的位置。使用這種輸入,工具可以開始路徑查找,即基于PCB設計師和封裝設計師編寫的規(guī)則,嘗試多種封裝配置。

讓封裝和PCB設計飛起來!
圖2:通常,物理外形參數(shù)是產(chǎn)品設計的主要約束。使用路徑查找工具,封裝和PCB設計師能協(xié)作找到物理設計約束內(nèi)的最佳封裝,并可簡化復雜封裝的扇出和布線。

對于每種設計,可以在PCB上進行傳統(tǒng)布線,以決定最佳的封裝和管腳輸出。規(guī)則允許設計師定義各種參數(shù),如未使用的輸出拐角管腳,讓差分對連在一起,分配電源和接地的方法,以及處理數(shù)據(jù)和地址總線的方法等。

一旦確定規(guī)則,就不只是“按下按鈕再坐回去”,而是比使用電子表格和管腳列表更加直接、更加快速、更加準確,這就是現(xiàn)狀。

優(yōu)點

工具認知設計具有顯著的優(yōu)點,并且其能夠在任何設計領(lǐng)域中進行設計優(yōu)化。首先,其能更加容易地定制多個封裝設計,以便按照所需的外形參數(shù)最佳地利用給定的元器件。然后從多個“假設分析”情境審視設計,如更小的封裝、更少的成本、最簡單的扇出和出口等。其次,由于存在大量管腳,利用電子表格和管腳列表進行封裝設計就顯得力不從心。當人工輸入數(shù)以百計的管腳數(shù)據(jù)時,錯誤率幾乎為100%。當然,其優(yōu)點還包括:質(zhì)量的提高、獲得適合外形參數(shù)的最佳封裝、錯誤的減少以及在整個系統(tǒng)設計中節(jié)省大量的時間。

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