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深度分析：BGA封装与PCB差分互连结构的设计与优化资料下载
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2021-04-19
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摘要：随着电子系统通信速率的不断提升，BGA封装与PCB互连区域的信号完整性问题越来越突出。
针对高速BGA封装与PCB差分互连结构进行设计与优化，着重分析封装与PCB互连区域差分布线方式，信号布局方式，信号孔/地孔比，布线层与过孔残桩这四个方面对高速差分信号传输性能和串扰的具体影响。
利用全波电磁场仿真软件CST建立3D仿真模型，时频域仿真验证了所述的优化方法能够有效改善高速差分信号传输性能，减小信号间串扰，实现更好的信号隔离。
近年来，球栅阵列（BGA）封装因体积小，引脚多，信号完整性和散热性能佳等优点而成为高速IC广泛采用的封装类型。
为了适应高速信号传输，芯片多采用差分信号传输方式。随着芯片I/O 引脚数量越来越多，BGA焊点间距越来越小，由焊点、过孔以及印制线构成的差分互连结构所产生的寄生效应将导致衰减、串扰等一系列信号完整性问题，这对高速互连设计提出了严峻挑战。
目前国内外学者对于板级信号完整性问题的研究仍多集中于水平传输线或者单个过孔的建模与仿真，频率大多在20 GHz以内。对于包括过孔、传输线的差分互连结构的传输性能以及耦合问题研究较少。并没有多少技术去减少封装与PCB互连区域垂直过孔间的串扰。
文章针对高速BGA封装与PCB差分互连结构进行设计与优化。着重分析改进差分布线方式，信号布局方式，信号孔/地孔比，布线层与背钻这四个方面对改善高速差分信号传输性能和串扰的具体影响。利用全波电磁场仿真软件CST微波工作室建立3D仿真模型。仿真频率达到40 GHz，在时域和频域同时验证了所述优化方法的有效性。
1、物理模型
1.1 差分互连结构
在高速信号传输中，差分信号因具有减小轨道塌陷和电磁干扰、提高增益、消除共模噪声和开关噪声干扰等优点而被广泛使用。高速差分信号通过IC封装到达PCB板各层进行传播，为了实现BGA封装基板与PCB各层的电气连接，由水平差分线和垂直差分过孔共同构成了差分互连结构，如图1所示。
图1 BGA封装与PCB板垂直互连结构
1.2 仿真环境及参数设置
本文采用的仿真环境为全波电磁场仿真软件CST微波工作室，集时频域算法为一体，含多个全波及高频算法，可仿真任意结构、任意材料下的S 参数，并可以与电路设计软件联合仿真。
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