Wie wichtig ist es, Entkopplungskappen auf der gleichen Seite der Leiterplatte anzubringen?

Ich platziere die Kappen fast immer UNTER dem Chip auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte - dies gilt insbesondere für größere Chips und Chips mit höherer Geschwindigkeit.

Ein aktuelles Design von mir verwendet ein FPGA in einem 484-Ball-BGA. Allein für diesen Chip gibt es 76 Entkopplungskappen. Die meisten von ihnen sind 0,1 uF, einige 2,2 uF und 10 uF, alle in einem 0402-Gehäuse. 18 davon befinden sich physisch unter dem BGA, während der Rest den Chip umgibt. Sind auf der Rückseite der Platine. Die Kappen unter dem Chip teilen sich Vias mit den Power-Pins des Chips.

Wenn Sie nicht versuchen, Geld zu sparen, gibt es keinen Grund, alle Komponenten auf einer Seite der Leiterplatte zu halten.

Experten sind sich einig, dass es wichtiger ist, Ihre Entkopplungskappe mit den Strom-/Masseebenen der Leiterplatte als direkt mit den Stromanschlüssen des Chips zu verbinden. Dies senkt häufig die Gesamtimpedanz der Leistungsbahnen und verbessert die Nützlichkeit der Entkopplungskappen. Danach ist es wichtig, die Kappen näher an den Chip zu bringen.

Da viele meiner Kappen Vias mit den Power-Pins des Chips teilen, können Sie nicht näher kommen! Denken Sie auch darüber nach ... Wenn die Durchkontaktierung nicht geteilt würde, würde die Hälfte der Durchkontaktierung ungenutzt bleiben. Die Hälfte der Durchkontaktierung von der Power/Gnd-Ebene zur Unterseite der Platine würde keinen Strom führen. Das Teilen dieses Via zwischen einer Kappe und dem Chip führt nicht dazu, dass zusätzlicher Strom über irgendein Via-Kupfer fließt. Ich schließe die Power / Ground-Ebene nicht ein, weil sie relativ groß ist und eine super niedrige Impedanz hat.

Bei BGAs benötigt man häufig Platz um das BGA herum zur optischen Inspektion der Lötstellen. Es gibt spezielle Mikroskope mit einem abgewinkelten Spiegel, der eine visuelle Inspektion der Kugeln unter dem Teil ermöglicht. Der Spiegel muss die Platine berühren, um eine gute Sicht zu haben, und das geht nicht, wenn Kappen im Weg sind. Wenn sich die Kappen auf der gleichen Seite der Leiterplatte wie das BGA befinden würden, würden die Kappen aufgrund dieses Freiraums sogar noch weiter vom Chip entfernt angeordnet sein. Das Anbringen von Kappen auf der Unterseite der Leiterplatte bringt die Kappen immer noch näher an den Chip, selbst wenn Sie sie nicht direkt unter den Chip legen.

Das Routing eines Chips, BGA oder TQFP, ist oft einfacher, wenn die Kappen auf der Unterseite der Leiterplatte angebracht werden. Dadurch werden Routing-Ressourcen auf der Oberseite frei und das Auffächern des Teils wird erleichtert.

Früher beschwerten sich die Hersteller über Kappen unter den Chips. Sie sagten Dinge wie: "Sie werden abfallen, wenn wir das Teil löten", "Wir werden Schwierigkeiten haben, dieses Teil nachzuarbeiten", "Wir können das Teil nicht mit Röntgenstrahlen untersuchen" usw. Also entschied ich mich einmal um ein Experiment zu machen. Ich habe keine Kappen unter dem BGA platziert. Sobald die Platine in Betrieb war, verglich ich das Rauschen auf dieser Platine mit einer anderen ähnlichen Platine, die die gleichen Chips mit Kappen darunter hatte. Es war offensichtlich, dass Kappen unter den Chips wirklich geholfen haben! Seitdem habe ich darauf bestanden, dass sich die Hersteller einfach darum kümmern. Es stellte sich heraus, dass keine der Bedenken der Hersteller jemals zu echten Problemen wurden!

Wenn Sie Kappen unter BGAs setzen, müssen Sie das Teil vorsichtig so auffächern, dass Platz für die Kappen entsteht. Bei TQFPs und dergleichen lege ich die Kappen normalerweise direkt unter die Pins des Chips. Dadurch wird auf der Leiterplatte Platz für andere Dinge (wie Vias und Routing) frei und die Kappen so nah wie möglich gebracht. Bei TQFP's lege ich normalerweise Widerstände und andere Teile neben die Kappen.

Die Verwendung von zwei Durchkontaktierungen pro Pad und die Minimierung der Leiterbahnlänge ist die übliche Technik, wenn die Kondensatoren bei Hochgeschwindigkeitsdesigns auf der gegenüberliegenden Seite der Platine platziert werden. Für gewöhnliche Designs, wie bei der typischen MCU, spielt es keine Rolle.

Du hast Recht, es ist kein Weltuntergang. Wenn Sie die Kappe auf der anderen Seite der Platine platzieren, werden etwa 2 mm (pro Spur) hinzugefügt, wenn Sie die Kappen nahe an den Durchkontaktierungen platzieren können. Die Regel sagt "so nah wie möglich". Wie Sie sagten, haben Sie bei BGAs einfach keine Wahl: Die Pins befinden sich unter dem IC, daher ist es die einzige Möglichkeit, auf die andere Seite der Platine zu gehen.

Sie erwähnen Geschwindigkeit, und das ist ein wichtiger Faktor, aber auch Leistung. Je größer der Schaltstrom ist, desto tiefer werden die Einbrüche, die er erzeugt.

Verwenden Sie grundsätzlich diese Regel: "so nah wie möglich". Wenn es auf der einen Seite nicht geht, mach es auf der anderen. Wenn dies nicht ganz in der Nähe des Vias möglich ist, platzieren Sie es 1 mm vom Via entfernt. Denken Sie daran, dass Via auch eine gewisse Induktivität hat.