芯片设计人员不能总是依赖于他们过去使用的许多传统技术和计算

包装设计不再像以前那样简单。由于高速器件和高级封装类型的复杂性，芯片设计人员不能总是依赖于他们过去使用的许多传统技术和计算。他们必须分析和控制新参数以优化设计。

此外，随着器件速度的提高，封装基板设计会显着影响芯片性能。尽管柔性基板提供最高密度和最小器件，但它们通常不能提供与刚性基板相同的板级可靠性结果。为了在这些密度下取得成功，半导体公司必须投资于更复杂的设计和高度复杂的建模工具。熟练的建模专业知识是使用这些先进工具集的先决条件。

与芯片制造商几年前在芯片设计方面有许多考虑因素一样，他们现在必须考虑到这一点。包装设计中的类似因素。为了实现封装设计和布线实践的变化，芯片制造商需要有经验丰富的人员和专业工具。

除了这些问题，最近的研究揭示了芯片制造商可以应用的重要特征和新技术。优化高速设备的性能。虽然本文涵盖了使用细间距BGA封装的研究，但结果适用于其他阵列封装，包括塑料BGA和带BGA封装。

差分阻抗的优势

阻抗匹配是一种适用于高速器件的设计技术。在设计用于高速应用的器件时，确保最高的抗噪声能力至关重要。寄生参数（例如电感和电容）会显着降低信号质量。解决此设计问题的一种方法是使用差分对将电路与基板上的迹线连接。

您可以使用intertrace间距和铜迹线宽度来实现阻抗匹配。但任务并不像设计差分对那么简单。您还必须考虑串扰的影响。特别是在使用复杂的建模系统时，您必须了解各种因素的相互作用及其对器件性能的影响。

为此，最近的一项研究采用了带时钟的四层细间距BGA封装。速度为1.25 GHz。封装尺寸约为27×27mm，模具尺寸约为5×5mm。由于走线很长，走线的自感太大，无法实现高速性能。然而，为了实现器件潜力，该研究使用具有100W差分阻抗的差分对，以最小的失真将信号从芯片传递到电路板（图1）。

难以保持匹配的阻抗，但是，由于不同材料的影响变化。例如，当您将模塑料放在焊接掩模上时，会改变性能特征。铜侧迹线也会干扰差分对的阻抗。设计工程师必须意识到这些因素，并在设计新零件时将其考虑在内。

该领域的研究还揭示了近似差分阻抗的手动计算，这在板级工程师中很受欢迎，在包级别无效。当比较手动计算与没有焊接掩模或模塑化合物的简单微带线对的仿真结果时，103.2W的模拟差分阻抗接近手动计算（目标是达到100W）。然而，当结构添加阻焊膜和模塑料时，阻抗急剧下降。在使用阻焊层但没有模塑化合物的测试场景中，差分阻抗降至82.6，在采用阻焊膜和模塑料的设计中，差分阻抗降至77.4。因此，简单的方程对于计算细间距BGA结构或类似封装中的差分对是不准确的。这项研究还证明了材料特性对性能的影响变化（图2）。

为实现100W差分阻抗，铜（t）厚度，迹线宽度（w），间距存在许多组合。在迹线之间，以及电介质厚度（h）的高度。表1列出了四种可能性。进一步的研究确定了这些参数t，w，s和h的变化对差分阻抗的影响（表2）。这里的重点是要了解这些不同的参数及其对不同设计方案的影响。要创建真实世界的模拟，您必须在设置建模系统时考虑所有这些信息。

在进行建模时，工程师通常会获得关于材料属性的不完整信息。然而，灵敏度研究提供了关于哪些参数最重要的指导，建模工程师应努力尽可能准确地获得这些关键参数。例如，在这项研究中，双马来酰亚胺三嗪和阻焊膜的介电常数的准确性比模塑化合物的更重要。

相邻痕迹

另一项研究确定了相邻走线的影响以及阻抗为100W的差分对的串扰影响。该研究使用了以下几何形状：研究中差分对的t =20μm，w =65μm，s =102.5μm，h =115μm。

该研究主要针对差分对每侧有一个单端走线，每侧有一个差分对的差分对，以及每侧有一条单端走线的单端走线。在每种情况下，中心差分对或单端迹线充当受害线，侧面对或迹线充当有效线。

为了比较这三种情况，研究绘制了近端串扰，远端串扰和差分阻抗（分别见图3，图4和图5）。图3和图4显示，远端串扰在所有情况下都远低于近端串扰。图3显示了具有差分对作为其邻居的中心差分对具有最低的近端串扰。因此，相邻对之间的间隔可以更小。差分对的近端串扰也比单端迹线低得多。换句话说，如果关注近端串扰，则差分对提供对噪声耦合的改善的抗扰度。但是，单端迹线具有最小的远端串扰（图4）。与涉及一对具有两个单端迹线的情况相比，中心差分对中的差分阻抗在涉及三个差分对的情况下与100W的偏差明显更大。

本研究表明了附近的走线，无论是差分对还是单端走线，都会对串扰和差分阻抗值产生不同的影响。在新包装中设计差分对时，必须考虑这些因素。

依靠专业知识

上市时的压力就是这样，你不能浪费时间在一个第一次滑槽时无法按预期运行的设备。因此，希望利用新包装优势的芯片制造商必须准备好迎接相应的挑战。这些挑战包括对新设计软件进行大量投资。为了支持这些变化，半导体公司必须招聘经验丰富的包装工程师并开发熟练的设计组织那些没有做出如此重大承诺的公司应考虑与拥有必要技能和能力的可信分包商合作，以确保在这一关键领域取得成功。