PCB设计中的“脖子设计”neckdesign

英炜硬十 2025-02-19 17:12:54

在高速PCB设计中,BGA、QFN等高密度封装器件的breakout布线(又称neck-down区域)往往是信号完整性的薄弱环节。当走线从焊盘引出时,线宽骤变、参考平面不连续、空间受限等问题会引发显著的阻抗突变,导致信号反射、边沿畸变甚至误码率上升。如何在这一关键区域实现阻抗连续性控制,已成为硬件工程师必须掌握的进阶技能。

走线的宽度从3mil变成了4.5mil

Neck Design 即从芯片引脚密集区域向外扩展布线的设计过程,也叫 Break out。在现代高速 PCB 设计中,芯片引脚间距越来越小,引脚数量不断增加,这就需要巧妙地运用 Neck Design 来实现信号的合理引出和布线。比如 BGA 封装的芯片,其引脚间距极小,必须通过 Neck Design 将引脚信号引出到合适的区域进行后续布线。

1、Neck区域阻抗不连续的成因分析

焊盘与走线的几何突变典型BGA焊盘直径通常为0.25-0.35mm,而高速信号线宽可能仅为3-4mil(0.076-0.1mm)。

从焊盘到走线的过渡区域(neck-down)会形成明显的阻抗变化。

2、影响 Neck Design 阻抗连续性的因素

线宽和线距:线宽和线距的变化会直接影响传输线的特征阻抗。在 Neck Design 过程中,从芯片引脚引出的线宽可能会因为空间限制而发生变化,这就需要精确控制。比如,从窄引脚区域引出时,线宽可能较窄,随着布线向外扩展,线宽可能需要适当增加以保持阻抗恒定。

介质材料:PCB 板材的介电常数会影响信号的传输速度和阻抗。不同的介质材料具有不同的介电常数,在 Neck Design 时,要确保在整个路径上介质材料的一致性或进行合理的补偿计算,以维持阻抗连续性。

3、Neck Design 中阻抗连续性的控制方法

合理的线宽渐变:在从芯片引脚向外引出信号时,采用逐渐变化的线宽。例如,从窄引脚区域开始,线宽逐渐增加到标准宽度,以平滑过渡阻抗。可以使用 CAD 工具进行精确的线宽设计和调整,确保线宽变化的斜率符合阻抗控制要求。

利用线间距:差分信号的,线宽改变了,线间距也做改变,通过线间距改变改变阻抗结果。

写到这里,我想起了“红警”——脖子右拧。。。。

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