Die Auswirkungen von Designkomplexität und Miniaturisierung

Seit ihrer Erfindung wird Elektronik immer kleiner, schneller und effizienter. Aber wenn man mehr Bauteile, Anschlüsse und Verbindungen auf einer kleineren Leiterplatte unterzubringen versucht, stellen sich gewisse Probleme ein. Zu den Herausforderungen gehören Wärme, BGA-Breakouts und die Größe selbst, also die Frage, wie die Leiterplatte nur in dieses kleine, eigenwillig geformte Gehäuse passen soll.

Hier ein paar schnelle Fakten:

• Die Fläche einer Leiterplatte ist relativ konstant geblieben, während sich die Anzahl der Leiterbahnen pro Flächeneinheit in den vergangenen 10 Jahren verdreifacht hat.
• Die durchschnittliche Anzahl der Bauteile hat sich in 15 Jahren vervierfacht, während die Zahl der Anschlüsse pro Bauteil um den Faktor 4 bis 5 geringer wurde.
• Die Anzahl der Pins in einem Design hat sich verdreifacht und die Anzahl der Pin-Verbindungen untereinander ist auf das Doppelte angestiegen.

Steigerungen dieser Art dürften sich so schnell nicht verlangsamen und es ist wichtig zu verstehen, wie diese Probleme beim Design angegangen werden sollen. Konzentrieren wir uns hier auf ein paar dieser Schwierigkeiten: das Routing eines BGA mit vielen Pins und HDI-PCBs.

BGA-Breakout

Bei vielen von uns kann das Planen für das manuelle Routen eines BGA mehrere Tage dauern,und bei einer ineffizienten Planung kommen immer mehr Lagen dazu, was die Kosten erhöht.Wir alle wissen aber, dass unser Budget nicht größer wird. Bei vielen aktuellen BGAs platzierenwir Durchkontaktierungen zum Anschließen der Pads diagonal. Ich bin sicher, dass Sie diesessogenannte Dog-Bone-Fanout schon einmal gesehen haben.

Wir sehen aber immer häufiger Fälle, in denen das Dog-Bone-Fanout keine Option ist. Das liegtmeist an den kleinen Pin-Abständen, die nicht genug Platz für neue Durchkontaktierungenlassen. Für die Breakouts dieser BGAs brauchen wir Durchkontaktierungen im Pad. Dabeiwerden die Durchkontaktierungen direkt im Pad platziert, was das Routen eines Signals aufeiner neuen Lage ermöglicht.

Mehr Dichte mit HDI

Worauf Sie bei immer kleiner werdenden Designs achten sollten, ist die Frage, wie Sie mehrBauteile, Leiterbahnen und Komplexität auf kleineren PCBs unterbringen, ohne auf zusätzlicheLagen zurückzugreifen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist der Einsatz von HDI-PCBs (High Density Interconnect-PCBs).

HDI-Leiterplatten sind PCBs, bei denen die Dichte von Leiterbahnen und Pads höher ist als bei„normalen“ PCBs. Sie enthalten oft blinde, vergrabene und Mikro-Durchkontaktierungen. Aufdiesen Leiterplatten ist alles kleiner: Leiterbahnen, Abstände, Anschluss-Pads, etc. HDI-Boardshaben den Vorteil reduzierten Gewichts und kleinerer Abmessungen, können aber dennoch dieelektrische Leistungsfähigkeit des Geräts steigern. Natürlich haben sie auch Nachteile, die mannicht außer Acht lassen darf. Hier geht es vor allem um kleinere Bauteile und weniger Platzdazwischen.

Layout-Herausforderungen angehen

Die Miniaturisierung unserer Technologie, ob nun bei ICs, Transistoren oder PCBs, bringt vieleHerausforderungen mit sich. Aber vor diesen Herausforderungen muss man sich nichtverstecken. Wir müssen sie vielmehr angehen, da neue Herausforderungen auch innovative, neue Lösungen mit sich bringen. Um mehr über die Herausforderungen und Lösungen inmodernen PCB-Designs zu erfahren, empfehlen wir dieses Whitepaper.