Bypass-Kappen unter BGA: Soll ich Durchkontaktierungen von Ebenen isolieren?

Ich platziere Bypass-Kondensatoren unter einem BGA-Gehäuse. In einigen Fällen können die Kappen nicht direkt auf dem Vias-in-Pad ("VIP") landen, daher brauche ich kurze Spuren von den VIPs zu den Kappen:

entkappen

In diesem Beispielbild ist die Kappe 0201 (0603 metrisch) und das BGA hat einen Abstand von 0,4 mm. Die VIPs sind 0,15 mm (6 mil) große Löcher, die mit leitfähigem Material gefüllt sind. Im tatsächlichen Design habe ich breitere Verbindungen zwischen den VIPs und dem Kondensator als hier gezeigt.

Dies verursacht jedoch das folgende Problem: Die BGA-Kugeln sind über die Induktivität der VIPs mit den Power/Ground-Ebenen verbunden, und dann gibt es eine zusätzliche Induktivität (die andere Hälfte der VIPs) zwischen den Ebenen und der Kappe auf der anderen Seite . Meine Sorge ist, dass der Kondensator nicht viel bewirken wird, da jedes Rauschen zuerst die Flugzeuge trifft und teilweise vom Kondensator isoliert wird.

Eine mögliche Lösung besteht darin, die VIPs durch die Leiterplatte zu führen, ohne dass sie die Stromversorgungsebenen berühren, dann zu den Kappen und einen zusätzlichen Satz VIPs (zu den Stromversorgungsebenen) auf den Kondensatorpads zu platzieren. Aber dann habe ich meine Schleifenfläche wirklich vergrößert, was ich natürlich nicht will.

Sind das berechtigte Bedenken? Was sind hier die Best Practices?

Warum können Sie keine Durchkontaktierungen im Pad für die Kondensatoren selbst haben, die direkt mit den Ebenen verbunden sind? Sie möchten Ihre Induktivität zwischen den Kappen und den Ebenen minimieren, um einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Erde bereitzustellen. Haben Sie Zugriff auf FEM-Tools (SIWave, ANSYS)? Wenn Sie sich über solche Dinge Sorgen machen, müssen Sie mit solchen Tools eine Power-Integrity-Analyse durchführen. Wie hoch ist die Betriebsfrequenz des IC? Analog oder digital? Was ist mit internen Schaltungen im IC, die mit einer schnelleren Taktrate laufen?
@ user110971 In einigen Fällen kann ich die Pads des Kondensators direkt unter den Kugeln des BGA platzieren und ein Durchgangs-VIP verwenden, um alles miteinander zu verbinden. In einigen Fällen stimmt es nicht, also muss ich die Kappen ausgleichen. Ich habe jetzt keinen Zugriff auf solche Tools, also versuche ich nach "Best Practices". Ich habe ein paar verschiedene ICs, hauptsächlich digital, mit lokalen Takten bei 25-72 MHz, zusätzlich zu einem 2,4-GHz-Schmalband- und einem 3,5-GHz-Ultrabreitband-Transceiver.
In diesem Fall ist das Beste, was Sie tun können, ein Paar VIPs zu haben, die den BGA-Pin mit Strom / Masse verbinden, und ein zusätzliches Paar VIPs, die den Kondensator mit Strom / Masse verbinden. Es wäre vorzuziehen, wenn Sie mindestens ein Kondensatorpad bekommen könnten, um es mit einem der BGA-VIPs auszurichten. Dann drehen Sie den Kondensator so, dass das andere Pad so nah wie möglich am anderen BGA-VIP ist, und platzieren Sie ein drittes VIP in diesem Kondensatorpad an Strom / Masse.

Antworten (2)

Die ESL für einen 0201-Kondensator sieht folgendermaßen aus:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Quelle: https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=en-us#

Die Induktivität für eine 5-mil-Durchkontaktierung beträgt etwa 1,546 nH

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Quelle: http://www.saturnpcb.com/pcb_toolkit/

Die ESL des Kondensators wird also durch die Vias erheblich reduziert, aber bei einem BGA-Teil können wir den Kondensator nicht neben das Teil legen, also ist ein Kondensator besser als gar nichts. Wenn wir uns die Schaltung ansehen, würden wir gerne die rechts unten verwenden, aber da das BGA im Weg ist, platzieren wir Vias auf der gegenüberliegenden Seite der Platine und kümmern uns um die Induktivität. Größere Vias haben eine geringere Induktivität. Wenn es erhebliche Bedenken hinsichtlich Rauschen und einer Möglichkeit gibt, die Vias parallel zu führen, dann könnte das Parallelisieren der Vias die Induktivität minimieren.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Kapseln helfen auf jeden Fall. Die Ebene ist ein Leiter mit niedriger Impedanz, aber sie hat immer noch eine Impedanz, und je größer die Entfernung ist, die sich ein Impuls ausbreitet, desto zerstörerischer wird er. Ich habe gute Ergebnisse mit großen Durchführungskappen für den Bypass erzielt, da sie eine extrem niedrige Induktivität und mehrere Befestigungspfade haben.

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