高速芯片封装的引脚排布和扇出设计
电路设计流程如何应对封装与引脚布局问题
电路设计流程如何应对封装与引脚布局问题在电路设计的过程中，封装与引脚布局问题是必不可少的考虑因素。
封装是指芯片或元器件的外形和引脚分布，而引脚布局则涉及到如何将这些引脚连接到电路板上。
本文将介绍电路设计流程中如何应对封装与引脚布局问题。
一、分析设计需求在开始设计之前，首先需要分析设计需求。
了解所需电路的功能和性能要求，这样可以更好地选择合适的芯片或元器件，并对封装和引脚布局进行相应考虑。
二、选择合适的封装类型根据设计需求，选择适合的封装类型是十分重要的。
不同的封装类型具有不同的特点和适用范围，在选择时应充分考虑电路的功耗、散热要求、尺寸限制等因素。
常见的封装类型包括SMD封装、DIP封装、BGA封装等。
SMD封装适用于高集成度的电路设计，可以实现小尺寸、高密度的布局；DIP封装适用于较为简单的电路设计，易于手工焊接；BGA封装适用于高频、高速的电路设计，可以提供更好的散热性能。
三、考虑引脚数量与布局选择合适的芯片或元器件后，需要进一步考虑其引脚数量和布局。
引脚数量决定了所需的封装类型和布局方式。
在进行引脚布局时，需要考虑以下几个方面：1. 引脚分配：根据电路设计需求，将引脚分配到不同的功能区域，以方便电路的布线和调试。
将具有相似功能或电气特性的引脚放在一起，可以简化电路布线，提高电路性能。
2. 引脚间距：引脚间距的选择应根据封装类型和布局密度进行权衡。
引脚间距过小容易导致焊接困难、导线短路等问题；引脚间距过大则可能浪费空间，限制电路的集成度。
3. 引脚顺序：引脚的排列顺序应符合常见的规律，以方便焊接和维修。
一般情况下，引脚从左上角开始逆时针或顺时针排列，这样可以减少人为错误的发生。
四、进行引脚布线设计在进行引脚布线设计时，需要充分考虑电路信号传输的准确性和稳定性。
以下是一些建议：1. 确定信号层次：根据电路设计的需要，将引脚信号分为不同的层次。
例如，将高频信号与低频信号分开布线，以减少干扰。
2. 注意阻抗匹配：在布线过程中，应注意阻抗匹配，以确保信号传输的质量。
封装扇出型晶圆级封装
封装扇出型晶圆级封装
封装扇出型晶圆级封装是一种新型的封装技术，它是将多个芯片封装在同一晶圆上，通过扇出线连接到外部引脚，从而实现高密度、高性能的集成电路封装。
这种封装技术在现代电子产品中得到了广泛应用，特别是在移动设备、计算机、通信设备等领域。
封装扇出型晶圆级封装的优点在于其高度集成、高性能、低功耗、小尺寸等特点。
它可以将多个芯片封装在同一晶圆上，从而实现高度集成，减少了电路板的数量和尺寸，提高了系统的可靠性和稳定性。
同时，扇出型晶圆级封装还可以通过优化电路设计和布局，实现低功耗和高性能的要求，从而满足现代电子产品对高性能和低功耗的需求。
封装扇出型晶圆级封装的制造过程也非常复杂，需要先进行芯片的制造和测试，然后将芯片粘贴在晶圆上，并通过微影技术进行线路的制造和连接。
最后，通过切割和封装等工艺，将晶圆切割成单个芯片，并封装成最终的产品。
这种制造过程需要高度的技术和设备支持，因此，封装扇出型晶圆级封装的成本也比较高。
封装扇出型晶圆级封装是一种非常先进的封装技术，它可以实现高度集成、高性能、低功耗、小尺寸等特点，满足现代电子产品对高性能和低功耗的需求。
虽然其制造成本较高，但随着技术的不断进步和成本的降低，封装扇出型晶圆级封装将会得到更广泛的应用。
ftbga封装引脚顺序
ftbga封装引脚顺序
FTBGA封装引脚顺序是指芯片的引脚在FTBGA封装中的排列顺序。
FTBGA全称为FinePitchBallGridArray，它的特点是引脚排列在一片网格上，并且引脚间距非常小，一般为0.8mm或0.5mm。
在FTBGA封装中，引脚的排列顺序十分重要，因为它关系到PCB布局和焊接、测试等工艺的实施。
FTBGA封装引脚顺序一般采用数字表示法，比如1、2、3、4……等等。
具体的数字顺序则与芯片的引脚布局有关。
为了方便用户的识别，一些芯片厂商还会在FTBGA封装引脚上标注引脚功能的英文缩写，比如VDD、GND、CLK、DATA等等，以帮助用户更好地理解芯片的引脚布局和功能。
在进行FTBGA封装的PCB设计时，需要根据具体的芯片规格来确定引脚顺序，并将其绘制在PCB布局图中。
对于高密度、多层的PCB 设计，还需要特别注意引脚的布局，以避免引脚之间的干扰和短路等问题。
此外，在进行焊接和测试时，也需要按照FTBGA封装引脚顺序进行操作，否则可能会导致焊接和测试失败，进而影响芯片的使用和性能。
总之，FTBGA封装引脚顺序是芯片封装和PCB设计中一个十分重要的因素，需要仔细考虑和实施。
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ftbga封装引脚顺序
ftbga封装引脚顺序
FTBGA封装引脚顺序是一种常见的芯片封装方式，它的引脚排列顺序对于芯片的使用和设计都有着重要的影响。
在FTBGA封装中，引脚的排列顺序是按照一定的规律进行排列的，下面我们来详细了解一下。
FTBGA封装的引脚排列顺序是按照芯片的功能进行分组的。
一般来说，芯片的引脚可以分为电源引脚、信号引脚、地引脚等几类。
在FTBGA封装中，这些引脚会被分别排列在不同的区域内，以便于芯片的使用和设计。
FTBGA封装的引脚排列顺序还会受到芯片的尺寸和形状的影响。
一般来说，芯片的尺寸和形状会决定引脚的数量和密度，从而影响引脚的排列方式。
在FTBGA封装中，引脚的排列顺序会根据芯片的尺寸和形状进行优化，以确保引脚的数量和密度都能够满足芯片的需求。
FTBGA封装的引脚排列顺序还会受到芯片的应用场景的影响。
不同的应用场景需要不同的引脚功能和排列方式，因此在FTBGA封装中，引脚的排列顺序也会根据应用场景进行优化。
例如，在高速通信领域中，引脚的排列顺序会更加注重信号传输的稳定性和速度。
FTBGA封装的引脚排列顺序是一个非常重要的设计因素，它会直接影响到芯片的使用和性能。
因此，在进行芯片设计和选择封装方
式时，需要充分考虑引脚的排列顺序，以确保芯片的性能和稳定性。
电子元件的封装与引脚排布设计
电子元件的封装与引脚排布设计随着电子技术的快速发展，各种各样的电子元件被广泛应用于各个领域。
而这些电子元件的封装和引脚排布设计对于整个电子产品的性能和可靠性至关重要。
本文将详细介绍电子元件的封装与引脚排布设计的步骤和要点。
一、封装的选择1. 根据电子元件的类型和功能需求，选择合适的封装类型。
常见的封装类型有贴片封装、插件封装和球栅阵列（BGA）封装等。
2. 考虑电子元件的尺寸和可靠性要求，选择适合的封装尺寸。
常见的封装尺寸有0603、0805、1206等。
封装尺寸越小，元件体积越小，但焊接难度和可靠性也会增加。
二、封装的制作1. 在选择封装类型和尺寸后，需要进行封装的制作。
可以自行制作封装，也可以向专业的封装供应商购买。
2. 如果是自行制作封装，需要使用CAD软件进行绘制，并确保封装的尺寸、引脚数量和布局与元件规格一致。
3. 制作封装时，要注意元件引脚的位置和与焊盘的对应关系，确保引脚与焊盘的连接准确可靠。
三、引脚排布设计1. 根据电路板布局和元件连接关系，合理安排电子元件的引脚排布。
引脚排布应尽量简洁、紧凑，避免引脚之间的交叉和交叉。
2. 对于多引脚元件，可根据功能分组，将相同功能的引脚归为一组，并按照功能相似的引脚排布在一起。
3. 引脚排布时要考虑到元件之间的电气隔离，避免引脚之间的短路和干扰。
四、防止噪声和干扰1. 在引脚排布设计中，要注意防止噪声和干扰的产生和传播。
可以通过合理的引脚分布和电源线隔离等方式来减少噪声和干扰。
2. 尽量将噪声较大的元件（如时钟、存储器等）与噪声较小的元件（如电阻、电容等）分开排布，减少相互之间的干扰。
3. 在元件引脚布局中，可以采用抗干扰引脚的设计，将地引脚和电源引脚放置在一起，减少干扰对电路的影响。
五、保证焊接质量1. 电子元件的引脚排布设计还要考虑到焊接质量的保证。
引脚与焊盘之间的连接要牢固可靠，避免引脚焊接不良或发生松动。
2. 引脚排布时要考虑到元件与其他元件或布板之间的间距，避免引脚与其他金属元素发生短路。
集成电路设计中的引脚布局和信号传输优化技术研究与应用
集成电路设计中的引脚布局和信号传输优化技术研究与应用在集成电路设计中，引脚布局和信号传输优化技术是关键的研究方向。
随着集成电路的不断发展和技术的进步，如何在设计过程中充分考虑引脚布局和信号传输的优化，已经成为提高电路性能和可靠性的重要手段之一。
本文将对引脚布局和信号传输优化技术进行深入研究，并探讨其在实际应用中的作用和意义。
首先，引脚布局是指在集成电路设计中，将芯片的引脚按照一定的规则和布局进行排列的过程。
合理的引脚布局可以提高芯片的电气性能和可靠性，减少电磁干扰和信号串扰，提高信号的传输速率和稳定性。
对于复杂的集成电路设计，合理的引脚布局可以使信号路径尽可能短，减小信号传输的延迟，提高系统的工作效率。
在引脚布局中，一般要考虑以下几个方面。
首先是引脚的位置和数量。
在设计过程中，需要根据芯片的功能和性能要求，合理安排引脚的位置和数量。
其次是引脚的分布和间距。
合理的引脚分布可以减少信号之间的串扰和干扰，提高系统的抗干扰能力。
最后是引脚的电气特性和物理特性。
引脚的电气特性包括输入输出特性、驱动能力和电压范围等，而物理特性包括引脚的尺寸、形状和材料等。
为了实现引脚布局的优化，研究者提出了许多方法和算法。
例如，基于遗传算法的引脚布局优化算法可以通过模拟自然界中的进化过程，不断改进引脚布局的性能。
另外，基于图论的引脚布局算法通过建立引脚之间的拓扑结构，优化信号传输路径和延迟。
此外，还有一些基于统计分析和模拟的引脚布局方法，可以评估和改进引脚布局的性能。
除了引脚布局，信号传输优化也是集成电路设计中不可忽视的重要环节。
在集成电路中，信号的传输速率和稳定性直接影响着系统的工作效率和可靠性。
为了提高信号传输的性能，研究者提出了许多优化技术。
首先是信号传输线的优化。
在高频电路中，信号传输线的带宽和阻抗匹配是至关重要的。
为了减小信号传输线的损耗和反射，可以采取一系列措施，如使用合适的材料和尺寸、优化传输路径和布线方式等。
高速芯片封装的引脚排布和扇出设计
电性能协同设计
• 另外一种更彻底的部件分解
1. Trace
通常更可控 2. VIA
基础
3. Power distribution Network and plane
4. Component Passive ：阻容感，磁珠 Active：IO/PHY
5. Connector
电性能协同设计
• 通常通道中每个部件的特性指标是基于频域的（例如S参数），这 隐含的对负载做出了假设（例如100ohm全频段），这一假设在真 实的通道中显然是不成立的。
几种典型的Pattern和扇出方式
Pattern
Pattern 1
Pattern 2
扇出方式
Pattern 3
双线
单线
本例中的电路板
• 叠层
• 较厚： 136mil • Normal Loss的介质
• VIA:
• Pad: 19mil • Anti-pad: 30mil • Drill: 8mil
• BGA
• 1mm pitch
• 使用带状线扇出 • 15Gbps Serdes
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扇出线到扇出线的串扰
近端串扰
红色：单线扇出 蓝色：双线扇出
远端串扰
使用双线扇出的时候，避免TX扇出线和RX 扇出线相邻。这样可以最大程度上避免扇 出线到扇出线的近端串扰
扇出线到扇出线的远端 串扰通常很小
23
孔到孔的远端串扰
• 通常封装的PTH孔和电路板的扇出孔是一起分析的
Pattern1 Total: -33.17dB
Pattern2 Total: -31.71dB
尽管每个分量较 小，但总和较大
Pattern3 Total: -34.50dB
芯片管脚排列图整理
附录7 常用集成电路引脚排列一、 集成运算放大器二、集成比较器 三、集成功率放大器五、74附录图7.1 LM741 附录图7.2 LM324附录图7.3 LM358 附录图7.4 0P07附录图7.5 LM339 附录图7.6 LM311附录图7.7 LM386 附录图7.8 LM380附录图7.9 556双时基电路 附录图7.10 555 时基电路附录图7.11 74LS00 四2输入 附录图7.12 74L S02四2 正与非门 输入正或非门 附录图7.13 74LS04 六反相器 附录图7.14 74L S08 四2 输入正与门附录图15 74LS10 三3输入 附录图16 74LS13双4输入正 正与非门 与非门（有施密特触发器） 附录图17 74LS14 六反 附录图18 74LS27 三输入 相器施密特触发器 正或非门附录图19 74LS32 四2输入 附录图20 74LS86四异或门正或门附录图7.21 74LS42、74145 附录图7.22 74LS 46、47、48、4线 – 10线 译码器 247、248249 BCD 七段译码器/ 驱动器附录图23 74LS73 双下降 附录图24 74LS74双上升沿D沿JK 触发器 触发器附录图25 74H78双主从JK 触发器 附录图26 74L S90十进制 异步计数器 （公共时钟、公共清除）附录图27 74LS138 3线– 8线 附录图.28 74LS139 双2 译码器 线–4线译码器 附录图29 74LS160 十进制 附录图30 74L S190十进制 同步计数器 同步加 / 减计数器 附录图31 74LS192 十进制同步 附录图32 74LS194 4位双向 加 / 减计数器（双时钟） 移位寄存器（并行存取）74LS193 4位二进制同步加 / 减计数器（双时钟）附录图7.33 4001四2输 附录图7.34 4002 双4入正或非门 输入正或非门六、 CMOS 集成电路附录图7.35 4011四2输入 附录图7.36 4012 双4输 正与非门 入正与非门附录图.37 4013双主从 附录图38 4017 十进制计数/ 型D 触发器 脉冲分配器 附录图7.39 4022 八进制计 附录图7.40 4023 三3输数/脉冲分配器 入正与非门附录图7.41 4071 四 附录图7.42 4070 四异 输入正或门 或门 附录图7.43 4066 四双向 附录图7.44 4069 六模拟开关 反相器 附录图7.45 40106 六施 附录图7.46 4082 双4输入密特触发器 正与门 附录图7.47 40110 计数 / 附录图7.48 40160 锁存 /七段译码 / 驱动器 十进制同步计数器 附录图7.49 40192 十进制同步加 附录图7.50 40194双向移位 / 减计数器 （双时钟） 寄存器 （并行存取） 40193 四位二进制加 / 减计数器 （双时钟）CD4060引脚排列 CD40110引脚排列 其它信息：高性能的静态C MOS 技术；150MHz(6.57ns 周期时间)；低功耗(1.8V 核，135MHz ；1.9V 核，150MH z ；3.3V I /O )设计；3.3V Flas h 编程电压；片上存储；达到128K×16闪存(8×4K 和6×16K 扇区)；2K×16 OTP ROM ；L0和L1：2个4K×16单存取RAM 块；H0：1个8K×16单存取RA M 块；M0和M1：2个1K×16单存取RAM 块；引导ROM (4K×16)， 软件引导模块；标准匹配图标；时钟和系统控制；提供动态P LL 系数改变；片上振荡器；看门狗计时器模块；3个外部中断；提供45个外围设各中断；128位安全性开关/上锁；保护Flas h/OTP 和L0/L1单存取RAM ；主要控制外围设各；2个事件管理器(EVA ，EVB)；与240×A 驱动器兼容；3个32位CPU 计时器；外围设各串行端口；串行外围设备中断；2个串行通信中断，标准UA RT ；加强控制器区域网络；具有SPI 模式的多通道缓冲串口(M cBSP )；12位模数转换器，16通道；2×8通道输入多工器；2个采样保持；单个转换时间：200ns ；管道转换时间：60ns ；多达56个单独可编程，多路通用输入/输出(GPIO )引脚；先进的仿真功能；分析与断点功能；开发工具包括：AN SI C /C ＋＋编译器/汇编器/连接器；DSP /BIOSTM ；JTAG 扫描控制器；评估模块；支持广泛的第三方合作数字电机控制；低功率模式，并节省电源；支持空闲，待机，停止模式；禁用个别外围设备时钟；封装选项：具有外部存储接口的176引脚的低轮廓四方扁平封装；温度选项：A ：－40～85℃ (GHH ，ZHH ，PGF ，PBK)；S/Q ：－40～125℃ (GHH ，ZHH ，PGF ，P BK)附录图51 4511二进制七段 附录图52 45128选1数据选择器 译码器 附录图53 4027 双JK 触发器 附录图7.54 4025 三3输入正或非门。
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DE/CAD
布局布线 的约束
Thermal
Mech
Power
布局布线可行性由 DE/CAD负责，但 仅仅考虑走线的优 化（理顺走线）是 远远不够的。
举例：来自Mech和Thermal的限制
• Mech和thermal的要求会影响布局布线，最终影响拓扑
螺丝孔和支撑区
散热片
backplate
待开 发的 芯片A
PKG和PCB
如何定义封装的引脚分布？
系统的架构和逻辑框图
初始的RTL网表 硅片的布局
电路板的布局、叠层和扇出设计
SI/PI/Therma l/Mech/Fab
封装的叠层和走线可行性分 析
1.封装的设计处于很重要的地位，它会尽力弥补电路 板 布局和硅片布局之间的不同。
2.SI, PI, Thermal, Mech and manufacture 都会影响封 装及引脚排布设计
电性能协同设计Biblioteka • 另外一种更彻底的部件分解
1. Trace
通常更可控 2. VIA
基础
3. Power distribution Network and plane
4. Component Passive ：阻容感，磁珠 Active：IO/PHY
5. Connector
电性能协同设计
• 通常通道中每个部件的特性指标是基于频域的（例如S参数），这 隐含的对负载做出了假设（例如100ohm全频段），这一假设在真 实的通道中显然是不成立的。
系统总带
XAUI
宽需求
10Gbase-KR
Ethernet
每个数据通 6G-LR 道的速率
封装的引 脚数目
Gen2:5Gbps
11G-LR
CEI
Gen3:8Gbps
PCIe
时间
100Gbase-KR4 25G-LR Gen4:16Gbps
本示例中，列出了通常需要考
高速串行接口的设计难度越来越大
虑的主要因素，并不代表其他 因素不存在或不重要。
举例：高速串行接口的封装特性指标？
• 通常高速串行接口的标准没有对封装的特性指标作出精确的限定。
• 问题：当我们开发一个新的芯片的时候，如何设定一个封装特性指 标？
• 太紧的指标：浪费PKG的资源，甚至无解。
高速芯片封装的引脚排布和扇出设计
主要内容
• 高速串行接口对封装引脚排布设计的挑战 • 如何得到一个优化的封装引脚排布？
• 流程：硅片-封装-电路板的协同设计与优化 • 技术热点：串扰与封装引脚排布
• 结论
高速串行接口的发展趋势
• 系统对IO带宽的渴求是高速串行接口速率不断提高的原动力
曲线仅为示意
• 对于复用的部件：澄清其电特性（典型值和HVM/PVT分布） • 对于待开发的部件：根据通道的总体特征，分配合理的可以实现的且有竞争力
的性能指标，用来指导待开发部件的设计。
封装（反射，串扰） 硅片（反射）
单板（反射，衰减） 连接器（反射，串扰） 背板（衰减）
1. PHY 2. TX的PKG 3. RX的PKG 4. 单板 5. 背板 6. 连接器 7. 临近的入侵者网络
8
如何定义封装的引脚分布？
流程：迭代和 协同设计 方法：控制串扰、 插损和回损
概念虽然重要，但是更重要的是运用。
硅片-封装-电路板-系统协同设计
协同设计的两个方面，缺一不可， 互相影响。 1) 物理的协同设计：找出所有的布
局布线的约束，理顺走线，最终确 认拓扑。 2) 电性能的协同设计：找出解空间， 合理的分配预算。
AC Cap
芯片B AC Cap
芯片C
芯片D
AC Cap
AC Cap
连接器
风向
考虑所有来自DE 和CAD的需求
考虑所有来自 thermal 的需求
考虑所有来自 Mech的需求
物理的协同设计，一般需要大量的沟通， 经过几轮迭代后，才可以趋于稳定
电性能协同设计
• 通道可以分解成几类部件
• 各个部件的电性能需要协调，从而实现通道端到端的电性能：
眼图的要求越来越苛刻
Gen2: 200ps
Gen3: 125ps
Gen4: 62.5ps
PCIe Single Bit UI
封装（反射，串扰） 硅片（反射）
物理信道的性能越来越差
单板（反射，衰减） 连接器（反射，串扰）
背板（衰减）
来自各个部件的成本、工艺和物理的约束 • PHY的寄生参数和匹配精度
• 封装、单板和背板的材料、尺寸和生产误差 • 连接器的性能 • 过孔的定位精度、尺寸极限、背钻精度 • 拓扑的要求
封装（反射，串扰） 硅片（反射）
单板（反射，衰减） 连接器（反射，串扰）
背板（衰减）
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硅片-封装-电路板-系统协同设计
• 物理的协同设计：偏重于多个function team之间的沟通和合作 • 电性能的协同设计：偏重于各个部件之间的折中
多次迭代
Design
Design
Review
Verification Review
Verification
硅片-封装-电路板-系统的协同设计
物理的协同设计
• 任何影响布局布线的因素都要考虑，折中后，得到最优的拓扑。 • 所有会影响布局布线的团队，紧密合作，定期迭代和review。
电性能的协同设计 由SI负责，从影响 拓扑的角度来看， 它是物理协同设计 的一部分。
Arch
SI/PI
封装对高速串行接口的影响
封装
TX
通道
本示例中，列出了通常需要考 虑的主要因素，并不代表其他 因素不存在或不重要。
封装
RX
TX端：较大的幅度（高 信噪比）、最快上升沿
（高频宽）的信号，寄 生效应明显（反射，串 扰，上升沿恶化）
RX端：较小的幅度 （低信噪比）、最慢 的上升沿（低频宽） 的信号，对串扰敏感
1. 每个部件在通道中的行为， 依赖于通道中的其他部件， 所以需要协同设计
2. 即便每个部件都满足特性指 标，也不能保证全通道的性 能。所以每个部件在参考负 载下的特性只是供参考或者 风险评估
芯片 RX
封装+ 扇出结
构
芯片
封装+
TX
扇出结
构
走线
AC Cap结
构
单板
走线
过孔
单板 走线
过孔
背板 连接器 过孔 走线 过孔 连接器
高速串行接口如何影响引脚排布？
机械与热 设计
信号和电 源完整性
硅片上IO 的布局
高利用率的 引脚排布
叠层，走 线与过孔
PCB的元 件摆放
引脚排布设计是硅片-封装-电 路板-系统协同设计的重要一环， 是封装设计的核心之一。
扇出策略
最终体现在利用率（引脚、叠 层、成本）与性能（SI/PI、 拓扑、机械、热）的折中