Entflechtungsstrategien für das CAD-Layout

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Bei einem Virtex 5 FX20 wären dies 13 Reihen. Für die ersten vier Reihen benötigt man zwei Signallagen und für jede weitere Reihe theoretisch eine weitere Lage, also insgesamt neun Signallagen. Zieht man jedoch die nicht angeschlossenen Pins und die Stromversorgungspins ab, die an Powerplanes angeschlossen werden, reduziert dies bereits die Anzahl der benötigten Lagen.

Durch die Wahl eines Fan-Outs, der den BGA in Quadranten einteilt, können in den entstehenden breiteren Routing-Känalen zusätzlich mehr Leitungen geführt werden. In der Praxis führt dies dazu, dass der vorgenannte Virtex 5 FX20 in vier Signallagen entflochten werden kann (Bild 3).

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Grundsätzlich muss beim Fan-Out darauf geachtet werden, dass Vias nicht zu dicht zueinander plaziert werden. Erstens darf der Mindestabstand von Via zu Via nicht unterschritten werden. Zweitens dürfen auf den Powerplanes durch benachbarte Isolationspads keine virtuellen Schlitze entstehen. Und Drittens dürfen anzuschließende Vias durch ineinanderlaufende Isolationspads nicht von der Plane getrennt werden (Bild 4).

Alles liegt kreuz und quer – die Kontaktierungsstrategie

Oft sieht beim ersten Einblenden der „Gummibänder“ oder „Luftlinien“ alles schlimmer aus, als es ist. Trotzdem, je mehr Kreuzungen für die Anschlüsse vorliegen, sei es platzierungs- oder programmierungsbedingt, desto mehr Raum wird für Vias benötigt. Ein Via benötigt mindestens den Raum für drei Leitungen (Bild 5). Vorgegebene Platzierungen können dazu führen, dass man entweder mehr Vias benötigt oder dass im BGA Routingkanäle blockiert sind, weil Leitungen durch den Baustein geführten werden.

In Folge werden mehr Signallagen benötigt als ursprünglich abgeschätzt. Da hilft nur, die Leitungen außen um den Baustein herumzuführen. Auch das benötigt jedoch Raum und muss bei der Platzierung berücksichtigt werden.

Die Wahl der Kontaktierungsstrategie ist entscheidend für ein effektives Routing. Dabei müssen sowohl die Anforderungen an die Entflechtung an sich als auch an die Signal- und Powerintegrität einfließen.

Ein durchgehendes Via hat den Vorteil, dass ein Anschluss auf allen Ebenen möglich ist. Auf den Lagen, auf denen keine Leitung angeschlossen ist, ist der Raum für das Verlegen von Leitungen jedoch blockiert. Wird beispielsweise in einem 8-Lagen-Multilayer eine Verbindung von der Lage 1 auf die Lage 2 mit einem durchgehenden Via realisiert, dann ist auf den Lagen 3 bis 8 der Platz für mindestens drei Leitungen durch dieses Via blockiert.

Dies kann gegebenenfalls dazu führen, dass mehr Lagen für die Entflechtung benötigt werden. Theoretisch entsteht geradezu ein Teufelskreis, weil durch den fehlenden Raum eventuell mehr Leitungen mit zusätzlichen Vias entflochten werden müssen, die ihrerseits wiederum mehr Platz blockieren. Zusätzlich entsteht durch die nicht genutzte Via-Hülse ein Stub, der in kritischen Anwendungen das Signalverhalten beeinflussen kann (Bild 6).

Das Routing mit sequentiellen Vias, also Blind- und Buried Vias, verteuert zwar die Produktionskosten der Leiterplatte, durch die Einsparung von Lagen kann dieser Nachteil aber oft mehr als wett gemacht werden, vom besseren Signalverhalten einmal ganz abgesehen.

Der Multicore-Aufbau eines Multilayers, das heißt der Zusammenbau eines Multilayers aus mehreren separaten Teil-Multilayern, ermöglicht die Entflechtung einzelner Bereiche in definierten Räumen, die dann wiederum an einigen wenigen Stellen über durchgehende Vias miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden Bereiche nicht nur routing-technisch voneinander getrennt, denn unter Signalintegritätsaspekten wird die Schaltung dadurch auch optimiert.

* Jenifer Vincenz arbeitet bei tecnotron elektronik und ist vom IPC zertifizierter CID, CID+, Instructor und FED-Designer mit über 20 Jahren Berufserfahrung

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