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布局布线技术的发展
摘要:随着微孔和单片高密度集成系统等新硬件技术的应用,自由角度布线、自动布局和3D布局布线等新型软件将会成为电路板设计人员必备的设计工具之一。
在早期的电路板设计工具中,布局有专门的布局软件,布线也有专门的布线软件,两者之间没什么联系。随着球栅阵列封装的高密度单芯片、高密度连接器、微孔内建技术以及3D板在印刷电路板设计中的应用,布局和布线已越来越一体化,并成为设计过程的重要组成部分。
自动布局和自由角度布线等软件技术已渐渐成为解决这类高度一体化问题的重要方法,利用此类软件能在规定时间范围内设计出可制造的电路板。在目前产品上市时间越来越短的情况下,手动布线极为耗时,不合时宜。因此,现在要求布局布线工具具有自动布线功能,以快速响应市场对产品设计提出的要求。
设计约束条件
由于要考虑电磁兼容(EMC)及电磁干扰、串扰、信号延迟和差分对布线等高密度设计因素,布局布线的约束条件每年都在增加。例如,在几年前,一般的电路板仅需6个差分对来进行布线,而现在则需600对。在一定时间内仅依赖手动布线来实现这600对布线是不可能的,因此自动布线工具必不可少。
尽管与几年前相比,)数目没有大的改变,只是硅片复杂性有所增加,但是设计中重要节点的比例大大增加了。当然,对于某些特别重要的节点,要求布局布线工具能够加以区分,但无需对每个管脚或节点都加以限制。
自由角度布线
随着单片器件上集成的功能越来越多,其输出管脚数目也大大增加,但其封装尺寸并没随之扩大。因此,再加上管脚间距和阻抗因素的限制,这类器件必须采用更细的线宽。同时产品尺寸的总体减小也意味着用于布局布线的空间也大大减小了。在某些消费类产品中,底板的大小与其上器件大小相差无几,元件占据的板面积高达80%。
某些高密度元件管脚交错,即使采用具45°布线功能的工具也无法进行自动布线。尽管45°布线工具能对某些恰成45°的线段进行完美的处理,但自由角度布线工具具有更大的灵活性,并能最大程度提高布线密度。
拉紧(pull-tight)功能使每个节点在布线后自动缩短以适应空间要求,它能大大降低信号延迟,同时降低平行路径数,有助于避免串扰的产生。
尽管自由角度设计具有可制造性,并且性能良好,但是这种设计会导致主板看起来不如以前的设计美观。主板设计在上市时间之后,就可能不再是一件艺术品了。
高密度器件
最新的高密度系统级芯片采用BGA或COB封装,管脚间距日益减小。球间距已低至1mm,并且还会继续降低,导致封装件信号线不可能采用传统布线工具来引出。目前有两种方法可解决这个问题:一是通过球下面的孔将信号线从下层引出;二是采用极细布线和自由角度布线在球栅阵列中找出一条引线通道。对这种高密度器件而言,采用宽度和空间极小的布线方式是唯一可行的,只有这样,才能保证较高的成品率。现代的布线技术也要求能自动地应用这些约束条件。
自由布线方法可减少布线层数,降低产品成本。同时也意味着在成本不变的情况下,可以增加一些接地层和电源层来提高信号完整性和EMC性能。
下一代电路板设计技术
微孔等离子蚀刻技术在多层板,尤其是在蜂窝电话和家用电器中的应用大大改变了对布局布线工具的要求。采用等离子蚀刻法在路径宽度内添加一个新孔不会导致底板本身或制造成本的增加,因为对等离子蚀刻法而言,