包裝設計不再像以前那樣簡單。由于高速器件和高級封裝類型的復雜性，芯片設計人員不能總是依賴于他們過去使用的許多傳統技術和計算。他們必須分析和控制新參數以優化設計。

此外，隨著器件速度的提高，封裝基板設計會顯著影響芯片性能。盡管柔性基板提供最高密度和最小器件，但它們通常不能提供與剛性基板相同的板級可靠性結果。為了在這些密度下取得成功，半導體公司必須投資于更復雜的設計和高度復雜的建模工具。熟練的建模專業知識是使用這些先進工具集的先決條件。

與芯片制造商幾年前在芯片設計方面有許多考慮因素一樣，他們現在必須考慮到這一點。包裝設計中的類似因素。為了實現封裝設計和布線實踐的變化，芯片制造商需要有經驗豐富的人員和專業工具。

除了這些問題，最近的研究揭示了芯片制造商可以應用的重要特征和新技術。優化高速設備的性能。雖然本文涵蓋了使用細間距BGA封裝的研究，但結果適用于其他陣列封裝，包括塑料BGA和帶BGA封裝。

差分阻抗的優勢

阻抗匹配是一種適用于高速器件的設計技術。在設計用于高速應用的器件時，確保最高的抗噪聲能力至關重要。寄生參數（例如電感和電容）會顯著降低信號質量。解決此設計問題的一種方法是使用差分對將電路與基板上的跡線連接。

您可以使用intertrace間距和銅跡線寬度來實現阻抗匹配。但任務并不像設計差分對那么簡單。您還必須考慮串擾的影響。特別是在使用復雜的建模系統時，您必須了解各種因素的相互作用及其對器件性能的影響。

為此，最近的一項研究采用了帶時鐘的四層細間距BGA封裝。速度為1.25 GHz。封裝尺寸約為27×27mm，模具尺寸約為5×5mm。由于走線很長，走線的自感太大，無法實現高速性能。然而，為了實現器件潛力，該研究使用具有100W差分阻抗的差分對，以最小的失真將信號從芯片傳遞到電路板（圖1）。

難以保持匹配的阻抗，但是，由于不同材料的影響變化。例如，當您將模塑料放在焊接掩模上時，會改變性能特征。銅側跡線也會干擾差分對的阻抗。設計工程師必須意識到這些因素，并在設計新零件時將其考慮在內。

該領域的研究還揭示了近似差分阻抗的手動計算，這在板級工程師中很受歡迎，在包級別無效。當比較手動計算與沒有焊接掩模或模塑化合物的簡單微帶線對的仿真結果時，103.2W的模擬差分阻抗接近手動計算（目標是達到100W）。然而，當結構添加阻焊膜和模塑料時，阻抗急劇下降。在使用阻焊層但沒有模塑化合物的測試場景中，差分阻抗降至82.6，在采用阻焊膜和模塑料的設計中，差分阻抗降至77.4。因此，簡單的方程對于計算細間距BGA結構或類似封裝中的差分對是不準確的。這項研究還證明了材料特性對性能的影響變化（圖2）。

為實現100W差分阻抗，銅（t）厚度，跡線寬度（w），間距存在許多組合。在跡線之間，以及電介質厚度（h）的高度。表1列出了四種可能性。進一步的研究確定了這些參數t，w，s和h的變化對差分阻抗的影響（表2）。這里的重點是要了解這些不同的參數及其對不同設計方案的影響。要創建真實世界的模擬，您必須在設置建模系統時考慮所有這些信息。

在進行建模時，工程師通常會獲得關于材料屬性的不完整信息。然而，靈敏度研究提供了關于哪些參數最重要的指導，建模工程師應努力盡可能準確地獲得這些關鍵參數。例如，在這項研究中，雙馬來酰亞胺三嗪和阻焊膜的介電常數的準確性比模塑化合物的更重要。

相鄰痕跡

另一項研究確定了相鄰走線的影響以及阻抗為100W的差分對的串擾影響。該研究使用了以下幾何形狀：研究中差分對的t =20μm，w =65μm，s =102.5μm，h =115μm。

該研究主要針對差分對每側有一個單端走線，每側有一個差分對的差分對，以及每側有一條單端走線的單端走線。在每種情況下，中心差分對或單端跡線充當受害線，側面對或跡線充當有效線。

為了比較這三種情況，研究繪制了近端串擾，遠端串擾和差分阻抗（分別見圖3，圖4和圖5）。圖3和圖4顯示，遠端串擾在所有情況下都遠低于近端串擾。圖3顯示了具有差分對作為其鄰居的中心差分對具有最低的近端串擾。因此，相鄰對之間的間隔可以更小。差分對的近端串擾也比單端跡線低得多。換句話說，如果關注近端串擾，則差分對提供對噪聲耦合的改善的抗擾度。但是，單端跡線具有最小的遠端串擾（圖4）。與涉及一對具有兩個單端跡線的情況相比，中心差分對中的差分阻抗在涉及三個差分對的情況下與100W的偏差明顯更大。

本研究表明了附近的走線，無論是差分對還是單端走線，都會對串擾和差分阻抗值產生不同的影響。在新包裝中設計差分對時，必須考慮這些因素。

依靠專業知識

上市時的壓力就是這樣，你不能浪費時間在一個第一次滑槽時無法按預期運行的設備。因此，希望利用新包裝優勢的芯片制造商必須準備好迎接相應的挑戰。這些挑戰包括對新設計軟件進行大量投資。為了支持這些變化，半導體公司必須招聘經驗豐富的包裝工程師并開發熟練的設計組織那些沒有做出如此重大承諾的公司應考慮與擁有必要技能和能力的可信分包商合作，以確保在這一關鍵領域取得成功。