Forum: Platinen 6Lagen mit Blind und BGA


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von Fredo (Gast)


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Hab mal eine Frage zu der ich keine Antwort finde, zumindest keine die 
ich für mich interpretieren kann.

Ausgangssituation ist ein BGA mit 100MBit Ethernet und Pads bis in die 3 
bis 4 Reihe. Vom Fan Out her komme ich ohne Vias so gerade raus. Dirty 
Layout mit 4 Lagen ist möglich aber ich möchte eher ein 6 Lagen Layout. 
Typisch Signal Masse VCC/Signal Masse/Signal Masse Signal. Natürlich 
soll auch auf den Preis geachtet werden.

Die Frage ist wie die Vias ausgeführt werden. Jedem High Speed Pad ein 
Via durchgehend und dann entsprechend in der nächsten Signallage weiter 
oder Blind Vias. Letztere sind auch nicht gerade günstig zumal die 
Anzahl der Hersteller die das können singt.

von User32 (Gast)


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Wozu bei 100 MBit Ethernet? Da brauchst Du Dir um normale Vias vs. Blind 
Vias noch überhaupt gar keine Gedanken machen.
Selbst bei Gigabit Ethernet nicht, das läuft nämlich "nur" mit 125 MHz 
auf den 4 Pairs.

Aber 6 Lagen sind sinnvoll.

von Frank K. (fchk)


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Was für ein Rastermaß hast Du?

Via in Pad machst Du nur, wenn Du es unbedingt musst, so ab 0.5mm Pitch 
mit voller Belegung. Das erfordert zusätzliche Arbeitsschritte und macht 
das Board teuer. Bis 0.8mm kannst Du problemlos normale Standard-Vias 
zwischen den Pads plazieren und im "Dogbone-Layout" jedem Pad sein Via 
geben. Das ist unproblematisch zu fertigen und weitgehend schmerzlos.

fchk

von Fredo (Gast)


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Pitch ist 0.45mm, Durch geschicktes Verlegen (so gut wie möglich) kommt 
man halt raus, ist aber schon "Snake" um die Pins.
Wenn man halt direkt am Pin in die nächste Lage geht hat man natürlich 
mehr Möglichkeiten.

---Selbst bei Gigabit Ethernet nicht, das läuft nämlich "nur" mit 125 
MHz
auf den 4 Pairs.

Ja OK. Ich muss natürlich erst zum Phy. aber wo ist die Grenze bzw. ab 
welchem Takt sollte man lieber Vias von Lage zu Lage setzen anstatt 
durch den Stapel.

Funktioniert hat das bei ähnlichen Layouts ohne Probleme, aber EMV mäßig 
will man ja heute auch alles richtig machen.

von Christian B. (luckyfu)


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EMV möchte in erster Linie passende Stützkondensatoren und 
Serienwiderstände nach an den Pins. Keine Schlitze in Planes, keine 
Planegrenzen pber die Signale geführt werden.

Ab der 2. Reihe kanns dann durchaus sinnvoll sein, die Kondensatoren auf 
der gegenüberliegenden Seite zu platzieren. Das wiederum kostet dann 
Platz und du kommst nur noch mit wenigen Signalen unter dem BGA durch.
Microvias und Buried Vias (also die klassische SBU Technik) nutzt man 
nur, wenn es nicht anders geht. Ein fine pitch BGA kann dafür ein guter 
Grund sein aber auch Platzmangel. Ich hab heute erst eine Platine in 
Auftrag gegeben, die folgende Daten hat: 1TQFP100 mit großem Thermal 
pad, einen TSSOP mit 56pins, einen Ziff SVB mit 0,5mm pitch und 24pins 
und einen beidseitigen Steckerkamm. Dazu noch das obligatorische 
Hühnerfutter (27C's, 8Ferritbeads, 5 common mode Drossel-arrays und 6 
Widerstände sowie einer LED.) Das ist ebenfalls ein 1-4-1 SBU Aufbau mit 
Microvias. Bräuchte man eigentlich nicht dafür. Aber da ich das auf 
einer Fläche von 45x23mm unterbringen und auch noch Platz für den Kamm 
freihalten musste, ist es halt sehr eng und ohne SBU würde es vermutlich 
gar nicht gehen. Hätte ich nur 1cm mehr in der Höhe wäre das nicht 
notwendig gewesen. Dann würde es klassisch mit 6Lagen durchkontaktiert 
gehen.

: Bearbeitet durch User
von Fredo (Gast)


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Alles richtig, aber...
Ich habe zweiseitig und 20 x 20. Chip ist 9x9mm. Gibt auch nur BGA. Ist 
also schon nicht ganz so normal. Kondensatoren hinten, was mein Platz 
jetzt nicht vergrößert. Nach Lehrbuch und schön Platz lassen ist da 
nicht.

von Georg (Gast)


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Fredo schrieb:
> ein
> Via durchgehend und dann entsprechend in der nächsten Signallage weiter
> oder Blind Vias

Der Vorteil von Blind Vias besteht darin, dass die Lagen unterhalb der 
Vias freigehalten werden, so kann man viel mehr Leiterbahnen 
unterbringen, weil eben auf den Lagen 3..6 diese Vias nicht im Weg sind. 
Bloss um von den BGA-Pads auf andere Lagen zu kommen tun es normale 
Vias, Blind Vias sind sowieso in der Regel auf die nächste Lage 
unterhalb der Oberfläche beschränkt.

Fredo schrieb:
> sollte man lieber Vias von Lage zu Lage setzen

Das sind dann nicht nur Blind sondern auch Buried Vias und das wird 
nochmal deutlich teurer. Ausserdem muss man die Fertigung beachten, man 
kann nicht völlig beliebig von Lage x zu Lage y durchkontaktieren. Mit 
diesem Missverständnis wurden schon Projekte für zigtausende in den Sand 
gesetzt mit einem erstaunten "was das geht wirklich nicht?".

Georg

von Fredo (Gast)


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Mit der nächsten Lage hab ich mich vielleicht falsch ausgedrückt. Wo es 
mir bei meiner Fragerei geht ist zu ermitteln was gegen durchlöchern der 
Masselage spricht. Eine Plane hat man ja eigentlich nie. Das das nicht 
gut ist ist mir klar. Aber wo gibt es Grenzen. Bisher waren die 
Antworten ja mehr nach Nase. (kein Vorwurf, mach ich ja auch).

Will ich also BGA Oberseite (L1), durch die Masse (L2) in Signal (L3) 
direkt, geht das vereinfacht eben nur mit dem Kompromiss auch alle 
anderen Lagen zu durchdringen. Neben dem nicht abgeschlossenen Signal 
(bis L6) ist es natürlich auch Platzverschwendung. Auf der anderen Seite 
ist HF für "jeden" was anderes.

Was helfen würde bei verlegen von Leiterbahnen:
1. bis <1MHZ  egal bzw. so gut wie möglich über alle Lagen
2. ab 1MHZ bis 6MHz(Video) Längenmatching, so Kurz wie möglich
3. 10Mhz bis 24(50) MHZ Ethernet MII RMII laut Designguide ???
(Datenblatt sagt natürlich maximale Performance, aber Realität?)
4. 100MHz bis ...  hab ich noch nie verlegt, bzw. hatte keine zu 
besonderen Anforderungen. (LQFP u.s.w.).
5. NXP i.MX6 sagen als optimale Leiterplatte 6Lagen wie oben 
beschrieben, und da ist Gigaherz bei den Rams.

Mir fehlt so ein bisschen die Erfahrung mit HF oder meinetwegen NF.

von Christian B. (luckyfu)


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Du brauchst eigentlich nur 1 Wert:
Ab ca. 150kHz folgt der Rückstrom zunehmend dem Signalpfad. Ab dem MHz 
Bereich dann fast ausschließlich. Deshalb darf das Signal nicht 
willenlos über Planegrenzen gezogen werden. Auch beim Lagenwechsel muss 
man darauf achten, dass der Rückstrom möglichst nah am Signal ebenfalls 
möglichst niedrigohmig folgen kann.
Dabei musst du beachten, dass nicht die Widerholfrequenz eines Signals 
ausschlaggebend ist sondern die Anstiegszeit, die heute bei Wald- und 
Wiesen ICs im Bereich von wenigen ns bis in den ps Bereich liegt. (Du 
bist also faktisch immer in diesem Bereich wenn du mit 
Digitalschaltkreisen arbeitest.
Ganz prinzipiell sind Schlitze in Planes nicht gut. Schlitze entstehen 
aber gern auch ungewollt, durch Steckverbinder oder Vias, die 
nebeneinander aufgereiht sind. Klassisches Beispiel: Ein Bus muss um 
270° geführt werden. Man kann nun mit den Signalen klassisch ankommen 
und in 45° eine Reihe Vias bauen die dann die Signale auf eine andere 
Lage legen wo sie dann weitergeführt werden. Dabei entsteht ein Schlitz 
in den Planes, welcher dann messbar ist.
Weiters solltest du, weil ich gerade einen Bus erwähnte auf das 
Übersprechen achten. Je länger 2 Signale parallel laufen, desto höher 
ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Signal mit der höheren 
Flankensteilheit auf das andere Signal überspricht. Dagegen hilft nur 
Abstand und die Koppellängen so gering wie möglich zu halten.

Wenn du dann Impedanzkontrolliert arbeiten musst wird noch etwas dazu 
kommen an Dingen, die man beachten muss. Speziell der von dir 
angesprochene Längenausgleich ist so ein Streitthema. Man kann das 
theoretisch betrachten und ihn auf der Platine so gering wie möglich 
halten (So halte ich es auch). Dann hat man halt mehr Reserve bei der 
Signalqualität. Da kommt es auf den persönlichen Anspruch eines jeden 
Einzelnen an.

von P. S. (namnyef)


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Fredo schrieb:
> Via durchgehend und dann entsprechend in der nächsten Signallage weiter
> oder Blind Vias. Letztere sind auch nicht gerade günstig zumal die
> Anzahl der Hersteller die das können singt.

Ohne Blind Vias braucht man mehr Lagen für ein "sauberes" Design. Mit 
Blind Vias kommt man vielleicht auch easy mit weniger Lagen oder einer 
kleineren Platine aus (unterm Strich billiger).

Eine durchlöcherte Massefläche ist meist eher kein Problem. Hauptsache 
es sind wirklich nur Löcher und keine Schlitze bzw. jedes Signal hat 
einen halbwegs sauberen Rückpfad. Klar, je durchgängiger die 
Massefläche, desto besser. Aber ein Show-Stopper sind Löcher in der 
Massefläche eher selten, würde ich sagen.

Das Design scheint ja nicht extrem High-Speed zu sein, wo eine 
kontinuierliche Impedanz über Leben und Tod entscheidet. Oder wo 
Reflexionen an Via-Stubs ein Problem sind.

Das Hauptproblem - wenn du nur TH-Vias hast - ist halt, dass du auf 
jeder Lage Platz zum Routen verlierst. Wenn du alles mit TH-Vias 
geroutet bekommst, und alle Signale einen halbwegs sauberen Rückpfad 
haben ist doch alles super.

von Christian B. (luckyfu)


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P. S. schrieb:
> Ohne Blind Vias braucht man mehr Lagen für ein "sauberes" Design. Mit
> Blind Vias kommt man vielleicht auch easy mit weniger Lagen oder einer
> kleineren Platine aus (unterm Strich billiger).

Das kann ich nicht unterschreiben. Aktuelles Beispiel: Eine Platine mit 
45x23mm, 6 Lagen, angefaste Stecker und Goldkontakte kostet 16,94€ das 
Stück. (Lieferzeit Standard aktuell 8 Tage) Die identische Platine mit 
Blind und Microvias kostet 36,73€ und dauert 31Tage, wenn die Microvias 
gefüllt und geschliffen sind. Lässt man das Weg (kein Via in Pad) dauert 
es immerhin noch 24Tage und kostet 32,16€. Soviel Platz kannst du gar 
nicht sparen, dass sich das Rechnet. Schlussendlich musst du bei einem 
SBU Aufbau ca. doppelte Platinenkosten annehmen, da die Platine (bis auf 
Lötstopplack und Vereinzeln) doppelt gefertigt wird. Selbst wenn ich 10 
Lagen bräuchte, wäre der Preis ohne SBU Technik 24,50€.

Preise Quelle: Multi-CB

Ergo: Man nutzt es nur, wenn es technologisch wirklich notwendig ist, 
weil man entweder ein entsprechendes Bauteil verwendet oder den letzten 
mm² aus dem Design herausholen muss.

: Bearbeitet durch User
von P. S. (namnyef)


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Christian B. schrieb:
> P. S. schrieb:
>> Ohne Blind Vias braucht man mehr Lagen für ein "sauberes" Design. Mit
>> Blind Vias kommt man vielleicht auch easy mit weniger Lagen oder einer
>> kleineren Platine aus (unterm Strich billiger).
>
> Das kann ich nicht unterschreiben. Aktuelles Beispiel: Eine Platine mit
> 45x23mm, 6 Lagen, angefaste Stecker und Goldkontakte kostet 16,94€ das
> Stück. (Lieferzeit Standard aktuell 8 Tage) Die identische Platine mit
> Blind und Microvias kostet 36,73€ und dauert 31Tage, wenn die Microvias
> gefüllt und geschliffen sind. Lässt man das Weg (kein Via in Pad) dauert
> es immerhin noch 24Tage und kostet 32,16€. Soviel Platz kannst du gar
> nicht sparen, dass sich das Rechnet. Schlussendlich musst du bei einem
> SBU Aufbau ca. doppelte Platinenkosten annehmen, da die Platine (bis auf
> Lötstopplack und Vereinzeln) doppelt gefertigt wird. Selbst wenn ich 10
> Lagen bräuchte, wäre der Preis ohne SBU Technik 24,50€.
>
> Preise Quelle: Multi-CB
>
> Ergo: Man nutzt es nur, wenn es technologisch wirklich notwendig ist,
> weil man entweder ein entsprechendes Bauteil verwendet oder den letzten
> mm² aus dem Design herausholen muss.

Wenn man ein Design konventionell routet und einfach da wo es eng wird 
ein TH-Via durch ein Blind Via ersetzt, dann mag das keinen 
Kostenvorteil bieten. Deswegen sage ich auch im vorliegenden Fall, dass 
man ruhig bei TH-Vias bleiben kann, wenn man das sauber geroutet 
bekommt.

Wenn allerdings Layout, Lagenaufbau und Layerbelegung von Anfang an auf 
den Einsatz von Blind-Vias ausgelegt sind, dann kann man mit Blind-Vias 
unterm Strich Geld sparen. Natürlich nur bei entsprechenden Designs mit 
hoher Bauteil-/Signaldichte und/oder großen BGAs mit kleinem Pitch. Man 
muss eben immer die Gesamtkosten im Blick behalten. Klar sind manche 
Designs ohne Blind-Vias gar nicht erst lösbar. Aber Blind-Vias können 
sich schon vorher lohnen. Wobei der Kostenvorteil meist erst bei 
größerer Lagenanzahl wirklich signifikant wird. Also wenn man 
beispielsweise eine 12-Lagen TH-Platine auf eine 8-Lagen Platine 
reduzieren kann, oder eine 20-Lagen auf eine 10-Lagen usw.

Nur weil man theoretisch alle Lagen mit Blind/Burried Vias verbinden 
kann, ist es natürlich noch lange keine gute Idee das auch zu tun. Da 
muss man eben eng mit dem Leiterplattenhersteller zusammenarbeiten, um 
für die jeweilige Anwendung einen kosteneffizienten Lagenaufbau zu 
finden. Die Formulare auf den Websites diverser (Pooling-)Hersteller 
sind dafür meist eine eher schlechte Anlaufstelle.

Hat man z. B. nur mechanisch gebohrte Blind-Vias von den Außenlagen in 
die jeweils erste Innenlage und sonst nur TH-Vias, ist das - bis auf das 
Bohren der Blind-Vias - eine normale Platine. Die wirklich teuren 
Fertigungsschritte (Laminierung und Metallisierung) muss man hier - wie 
bei jeder Platine - nur einmal durchführen. Es gilt dann halt ein paar 
Design Rules zu beachten (Abstände der Lagen, Aspect Ratios, ...).

von Fredo (Gast)


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Wenn man sich über die VIA Geschichte Gedanken macht, hat man ja auch 
Luxus Probleme. Ein Via von 1,2 ist ja gut um in die Masse zu kommen. 
Ein Via 1,3 wäre nötig um in die zweite Signallage zu kommen. Also auch 
"Schön"-. Doppelseitig heißt das aber schon vier Vias die nicht durch 
den ganzen Stapel gehen. Zudem ist 1,3 für viele Platinenhersteller 
schon unmöglich oder richtig teuer.
1,4 ist wieder gut möglich aber in meinem Fall nicht hilfreich.

Ich denke TH und Längenmatching sowie eine 6 Lagen Platine ist auch mein 
Kompromiss in dieser Sache.

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