Entflechtungsstrategien für das CAD-Layout

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Eine gute Herangehensweise ist, zunächst das Entflechtungsraster an den komplexesten Teil des Layouts anzupassen, z.B. an den BGA mit dem schwierigsten Fan-Out. Glücklicherweise ist es heute für die meisten CAD-Systeme kein Problem mehr, das Raster umzuschalten, sowohl während der Plazierung von Bauteilen als auch während des Verlegens der Leitungen (Bild 1).

Lagenorientierte Festlegung einer Vorzugsrichtung

Die lagenorientierte Festlegung einer Vorzugsrichtung für das Verlegen von Leiterbahnen hat mehrere Vorteile. Die Strukturierung des Routings erhöht die Übersicht und hilft, die Lagenzahl zu minimieren. Günstig ist beispielsweise eine alternierende Vorzugsrichtung, beispielsweise senkrecht auf Signallage 1, waagerecht auf Signallage 2, wieder senkrecht auf Signallage 3 und so weiter. Dieses orthogonale Verlegen von Leiterbahnen auf benachbarten Lagen, die nicht durch eine Ground-Lage getrennt sind, minimiert den Crosstalk.

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Im Fall von zwei Signallagen, die im Inneren des Multilayers zwischen zwei Planes liegen, kann das Dual-Stripline-Modell für impedanzdefinierte Leitungen genutzt werden. Für Single-Ended-Impedanzen werden die Leitungen ebenfalls orthogonal zu einander verlegt, für eine differentielle Impedanz können sie auch exakt parallel übereinander verlegt werden.

Für den Autorouter sind vorgegebene Vorzugsrichtungen bindend. Für gewöhnlich müssen zulässige Abweichungen ebenfalls vorgegeben werden, diese werden vom Autorouter dann jedoch auch grundsätzlich genutzt und blockieren möglicherweise eine optimale Strategie. Im Gegensatz dazu kann der Mensch jedoch Abweichungen flexibler und intelligenter gestalten.

Wenn beispielsweise auf einer Lage mit Vorzugsrichtung „waagerecht“ auf der rechten Hälfte des Designs keine offenen Verbindungen in waagerechter Richtung mehr übrig sind, wird jeder instinktiv diesen Bereich für die verbliebenen senkrechten Verbindungen nutzen. Ein Autorouter tut dies nicht, jedenfalls nicht, wie der Name suggerieren möchte, automatisch.

Fan-Out – Wie komme ich raus aus dem Baustein?

Ebenso wenig wie es das optimale Routing-Grid gibt, gibt es den optimalen Fan-Out für ein Bauteil. Da stellt sich schon im Vorfeld die Frage, wie nützlich ein „vorgefertigter Fan-Out“ sein kann, der mitsamt dem Footprint in der Bibliothek gespeichert wird. Entscheidend ist der Pitch des Bauteils und in erster Linie das Ziel der angeschlossenen Signale.

Letzteres hängt wiederum einerseits von der Anzahl und der Art der angeschlossenen Bauteile und andererseits von der Plazierung ab. Ein Fan-Out, der die perfekte Lösung für die eine Anschlussumgebung darstellt, kann für eine andere Designsituation völlig unbrauchbar sein.

Eine Grundsatzentscheidung bei allen Fan-Outs ist in jedem Fall: Via-In-Pad „Ja“ oder „Nein“. Insbesondere für BGAs ist dies von großer Bedeutung. Ist die Entscheidung einmal getroffen, dann ist es meist von Vorteil, wenn sie im Fall von BGAs durchgängig gehandhabt wird. Also entweder alle Pins mit Dog-Bone-Anschluss verdrahten oder alle mit Via-in-Pad. Ein Wechsel innerhalb desselben BGAs führt häufig zu Unterschreitungen des fertigungstechnisch benötigten Mindestabstands von Via zu Via (Bild 2).

Routing-Kanäle und Fan-Out – was man darf und was nicht

Jeder Fan-Out benötigt Raum und dieser benötigte Raum ist oft erheblich größer als das Bauteil selbst. Nur selten ist es möglich, Leitungen auf derselben Lage 1:1 anzuschließen. Im Fall von BGAs können ohnehin maximal die beiden äußeren Pinreihen auf der gleichen Lage herausgeführt werden, auf der das BGA plaziert ist, wenn davon ausgegangen wird, dass nur eine Leitung zwischen zwei BGA-Pins hindurchgeführt werden kann.

Für die nächsten beiden Reihen wird bereits eine weitere Signallage benötigt. Und im Prinzip für jede darauf folgende Reihe eine weitere Signallage, unter der Annahme, dass auch zwischen zwei Vias nur eine Leitung hindurchgeführt werden kann.

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