摘要：隨著電子系統(tǒng)通信速率的不斷提升，BGA封裝與PCB互連區(qū)域的信號(hào)完整性問(wèn)題越來(lái)越突出。 針對(duì)高速BGA封裝與PCB差分互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，著重分析封裝與PCB互連區(qū)域差分布線方式，信號(hào)布局方式，信號(hào)孔/地孔比，布線層與過(guò)孔殘樁這四個(gè)方面對(duì)高速差分信號(hào)傳輸性能和串?dāng)_的具體影響。 利用全波電磁場(chǎng)仿真軟件CST建立3D仿真模型，時(shí)頻域仿真驗(yàn)證了所述的優(yōu)化方法能夠有效改善高速差分信號(hào)傳輸性能，減小信號(hào)間串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)更好的信號(hào)隔離。 近年來(lái)，球柵陣列（BGA）封裝因體積小，引腳多，信號(hào)完整性和散熱性能佳等優(yōu)點(diǎn)而成為高速I(mǎi)C廣泛采用的封裝類(lèi)型。 為了適應(yīng)高速信號(hào)傳輸，芯片多采用差分信號(hào)傳輸方式。隨著芯片I/O 引腳數(shù)量越來(lái)越多，BGA焊點(diǎn)間距越來(lái)越小，由焊點(diǎn)、過(guò)孔以及印制線構(gòu)成的差分互連結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)將導(dǎo)致衰減、串?dāng)_等一系列信號(hào)完整性問(wèn)題，這對(duì)高速互連設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于板級(jí)信號(hào)完整性問(wèn)題的研究仍多集中于水平傳輸線或者單個(gè)過(guò)孔的建模與仿真，頻率大多在20 GHz以?xún)?nèi)。對(duì)于包括過(guò)孔、傳輸線的差分互連結(jié)構(gòu)的傳輸性能以及耦合問(wèn)題研究較少。并沒(méi)有多少技術(shù)去減少封裝與PCB互連區(qū)域垂直過(guò)孔間的串?dāng)_。 文章針對(duì)高速BGA封裝與PCB差分互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。著重分析改進(jìn)差分布線方式，信號(hào)布局方式，信號(hào)孔/地孔比，布線層與背鉆這四個(gè)方面對(duì)改善高速差分信號(hào)傳輸性能和串?dāng)_的具體影響。利用全波電磁場(chǎng)仿真軟件CST微波工作室建立3D仿真模型。仿真頻率達(dá)到40 GHz，在時(shí)域和頻域同時(shí)驗(yàn)證了所述優(yōu)化方法的有效性。 1、物理模型 1.1 差分互連結(jié)構(gòu) 在高速信號(hào)傳輸中，差分信號(hào)因具有減小軌道塌陷和電磁干擾、提高增益、消除共模噪聲和開(kāi)關(guān)噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。高速差分信號(hào)通過(guò)IC封裝到達(dá)PCB板各層進(jìn)行傳播，為了實(shí)現(xiàn)BGA封裝基板與PCB各層的電氣連接，由水平差分線和垂直差分過(guò)孔共同構(gòu)成了差分互連結(jié)構(gòu)，如圖1所示。 圖1 BGA封裝與PCB板垂直互連結(jié)構(gòu) 1.2 仿真環(huán)境及參數(shù)設(shè)置 本文采用的仿真環(huán)境為全波電磁場(chǎng)仿真軟件CST微波工作室，集時(shí)頻域算法為一體，含多個(gè)全波及高頻算法，可仿真任意結(jié)構(gòu)、任意材料下的S 參數(shù)，并可以與電路設(shè)計(jì)軟件聯(lián)合仿真。