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让封装和PCB设计飞起来!

现代电子系统设计通常包括设计各种元器件或者设计彼此隔离度较近的系统。芯片上的电路位置决定着IC的设计和管脚输出。封装设计则通常采用“扔过墙”的芯片设计,为了使封装尽可能小,需要设计较短的封装键合线。让封装和PCB设计飞起来!

随着如今SoC复杂程度的不断增加,以及多芯片封装的发展,各公司已开始认识到IC、封装基底和PCB设计组之间交叉领域协作的价值。由于高管脚数目器件具有成本敏感性这一特点,工程师不得不重新考虑在对复杂的IC封装变量进行折衷的同时,如何规划和优化芯片的I/O布局。并且针对多个板级平台进行所有这些工作。现在,各种工具的出现让封装和PCB的设计成为一个合作、相互受益的过程。

认知设计

要最大程度地发挥作用,EDA工具应当清楚知道会在其他过程中用到的工具。在封装和PCB设计领域,相互之间的认识很少。诚然,FPGA管脚输出可以在一定范围内由用户定义,但“标准”元件一般没有这样的选项。

让工具清楚设计及产品设计到工艺流程中的其他环节,这些工具就能在更短的时间内合作并交付出更好的系统设计。此外,标准IC芯片能以不同方式封装,这取决于终端产品的外形参数,从而为各种方式实现更为优化的解决方案。

工具之间如何快速地进行相互认知,然后合作交付出更优的设计呢?使用相同CPU芯片的智能手机和平板电脑的设计便可以完美地说明这一模式。显然,许多移动设备公司正在进行这样的尝试。

然而,相比智能手机,平板电脑的PCB基板上可用面积显然更大,其约束也更少。因此,平板电脑上的CPU封装可能更大,有不同的管脚输出,或者可能比智能手机上的CPU功耗更大功率。因此,单个“标准”封装可能并非最佳应用封装(图1)。


让封装和PCB设计飞起来!

图1:平板电脑设计可能有更多可用的基板面积布局CPU和胶接电路,使上层封装进行运作。但对于使用相同CPU的智能手机而言,这种方式空间要求过大,因此更好的解决方案是使用下层封装。

现在,使用新工具,设计师能配置芯片,从封装的视角“看看”设计,再转移到PCB(传统方法),或先了解PCB设计要求,再返回到封装设计中。而且,他们能拿到每个使用该CPU的产品,再从PCB回过头来设计专门为此进行设计优化的最佳封装。

从封装观点来看,物理设计规则由PCB设计要求决定。然后,工具与规则和封装设计师交互合作,交付出适用于该芯片特定应用的最佳封装。这种相对较快的封装设计方法还能探索不同的创意,以快速找到最佳方案。

真实案例

图2为假定的产品设计。在这个例子中,最终产品的外形参数已知,元器件也已进行初步布局。注意顶部的说明,已预留布局CPU的位置。使用这种输入,工具可以开始路径查找,即基于PCB设计师和封装设计师编写的规则,尝试多种封装配置。

让封装和PCB设计飞起来!

图2:通常,物理外形参数是产品设计的主要约束。使用路径查找工具,封装和PCB设计师能协作找到物理设计约束内的最佳封装,并可简化复杂封装的扇出和布线。


对于每种设计,可以在PCB上进行传统布线,以决定最佳的封装和管脚输出。规则允许设计师定义各种参数,如未使用的输出拐角管脚,让差分对连在一起,分配电源和接地的方法,以及处理数据和地址总线的方法等。

一旦确定规则,就不只是“按下按钮再坐回去”,而是比使用电子表格和管脚列表更加直接、更加快速、更加准确,这就是现状。

优点

工具认知设计具有显著的优点,并且其能够在任何设计领域中进行设计优化。首先,其能更加容易地定制多个封装设计,以便按照所需的外形参数最佳地利用给定的元器件。然后从多个“假设分析”情境审视设计,如更小的封装、更少的成本、最简单的扇出和出口等。其次,由于存在大量管脚,利用电子表格和管脚列表进行封装设计就显得力不从心。当人工输入数以百计的管脚数据时,错误率几乎为100%。当然,其优点还包括:质量的提高、获得适合外形参数的最佳封装、错误的减少以及在整个系统设计中节省大量的时间。
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