Warum gibt es keine BGA-Chips mit dreieckiger Tessellation aus kreisförmigen Pads (einem "sechseckigen Gitter")?

Ball Grid Arrays sind vorteilhafte integrierte Schaltungspakete, wenn eine hohe Verbindungsdichte und/oder eine niedrige parasitäre Induktivität von größter Bedeutung sind. Sie verwenden jedoch alle ein rechteckiges Raster.

Eine dreieckige Kachelung würde ermöglichen, dass π⁄√12 oder 90,69 % der Grundfläche für die Lötkugeln und den umgebenden Freiraum reserviert werden, während die allgegenwärtige quadratische Kachelung nur die Verwendung von π/4 oder 78,54 % der Grundfläche ermöglicht.

Eine dreieckige Kachelung würde theoretisch entweder eine Reduzierung des Chip-Footprints um 13,4 % oder eine Erhöhung der Kugelgröße und/oder des Abstands ermöglichen, während der gleiche Footprint beibehalten wird.

Die Wahl scheint offensichtlich, aber ich habe noch nie ein solches Paket gesehen. Was sind die Gründe dafür? Würde das Signal-Routing zu schwierig werden, würde die Herstellbarkeit der Platine irgendwie darunter leiden, würde das Kleber-Underfill unpraktisch werden oder ist das Konzept von jemandem patentiert?

Es gibt einige Patente in diesem Bereich: google.tl/patents/US8742565
Keine Antwort, aber es kann einfach das sein, woran wir gewöhnt sind und wofür es einfacher ist, Werkzeuge zu entwerfen. Sehen Sie auch, warum die meisten PCB-Leiterbahnen auf 45°-Winkel und manchmal sogar auf 90° beschränkt sind, während Freiform-Leiterbahnen ( Beispiel ) zu einem besseren Routing führen können (zum Beispiel kleinere Footprints und besseres HF-Verhalten).
@marcelm Wofür ist das Board-Layout? Das Surrealduino?
@duskwuff Es ist in der Tat ein Arduino-Klon, gut entdeckt. Ich habe es von dieser Website. Die Website hat auch eine traditionelle Version des gleichen Layouts.

Antworten (4)

Sofern Sie nicht Via-in-Pad verwenden, was mehr kostet, benötigen Sie Platz, um Routing-Durchkontaktierungen zwischen den Pads zu platzieren, wie hier

BGA Fluchtweglenkung

Der entscheidende Punkt ist, dass wir einfach nicht wollen, dass die Bälle optimal verpackt sind.
Oder subtiler, Sie können nach einer kleineren Lösung mit dichterer Packung suchen, aber es wird mehr kosten.

Hauptsächlich, weil wir Platz brauchen, um von diesen Pads aus zu routen:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In dem ersten Bild, das Sie zeigen, wären wahrscheinlich etwa 6 Schichten oder mehr für ein BGA mit anständiger Größe (~ 400 Bälle) erforderlich. Noch enger zu packen bedeutet, dass Sie unbedingt Via-in-Pad benötigen und wahrscheinlich mehr Schichten benötigen. Das kostet mehr Geld, weil es schwieriger herzustellen ist.

Irgendein kluger Kopf bei Texas Instruments hat sich eine Technologie ausgedacht, die sie Via Channel nennen, um diesen Routing-Prozess (oft als Fan-out bezeichnet) zu vereinfachen und auch die Größenanforderungen zu reduzieren, von denen Sie sprechen. Eine interessante Präsentation finden Sie hier (dort habe ich auch das Bild).

Was passiert, wenn Sie eine Leiterbahn von der Mitte des BGA zu einem anderen Teil der Leiterplatte führen müssen? Auf einem quadratischen Raster können Sie einfach eine gerade Linie verlegen, aber auf einem sechseckigen Raster benötigen Sie viele Biegungen. Das Arbeiten mit einem sehr feinen Routing-Gitter innerhalb der sechseckigen Anordnung von Kugeln macht keinen Spaß und wird viel mehr Zeit in Anspruch nehmen. Nur Fräsungen mit 0°, 45° und 90° sind nicht möglich, Sie benötigen zusätzlich die Winkel 30° und 60°. PCB-Auto-Router funktionieren möglicherweise nicht sehr gut, wenn sie nur für quadratische Pin-Raster ausgelegt sind. Es ist möglich, dass eine Multilayer-Platine 2 oder 4 zusätzliche Ebenen benötigt, wenn eine solch dichte hexagonale Packung verwendet wird. Wenn zwischen den Pads des BGA-Gitters kein Platz für Vias ist, können sogar noch mehr Lagen erforderlich sein (nur Vias innerhalb von Pads sind möglich). Das Entwerfen des Bibliotheks-PCB-Symbols für ein solches hexagonales Array wird schwierig und zeitaufwändig und fehleranfällig sein, wenn es nur ein quadratisches Gitter zum Platzieren von Pads gibt. Die genaue Platzierung der Pads wird viel Zeit in Anspruch nehmen.

"Eine exakte Platzierung der Pads könnte unmöglich sein." Das scheint ziemlich unwahrscheinlich, da Sie normalerweise die x-, y-Koordinate des Pads angeben können.

Einige Pakete scheinen die sechseckige Verpackung aus genau dem Grund zu verwenden, den Sie beschreiben. Ich bin mir nicht sicher, warum sie es nicht überall tun, aber zumindest in der Nähe der Ränder sind sie hier.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Bau von Computern mit voller Stärke (für die dieses Beispiel gedacht ist) hat wahrscheinlich eine andere Wirtschaftlichkeit als generische Geräte - wahrscheinlich werden sowieso anspruchsvollere PCB-Fertigungstechniken verwendet, damit Sie Ihr Via-in-Pad haben können, wenn Sie es brauchen. ABER beachten Sie, dass in diesem Beispiel die meisten dieser Pad-Cluster nur 2 oder 3 Reihen tief sind und Platz für Durchkontaktierungen um sie herum lassen.
@rackandboneman Richtig, Arahos Link in ihrer Antwort macht deutlich, warum diese sechseckige Packung nicht überall vorkommt.
Warum gibt es keine BGA-Chips mit dreieckiger Tessellation aus kreisförmigen Pads (einem "sechseckigen Gitter")?
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