新一代的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓封裝和PCB設(shè)計(jì)更簡單

　　大多數(shù)情況下，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)各種元器件或者彼此隔離度較近的系統(tǒng)。IC 的設(shè)計(jì)和管腳輸出是由芯片上的電路位置決定的。封裝設(shè)計(jì)師采用“扔過墻”的芯片設(shè)計(jì)，并盡可能設(shè)計(jì)較短的封裝鍵合線，從而使封裝盡可能小。然后 PCB 設(shè)計(jì)師，通常一直怨聲載道，拿起封裝 IC，絞盡腦汁找出布線信號(hào)的方法，而這看上去總像是錯(cuò)放在某個(gè)管腳或焊球上。

　　隨著如今 SoC 復(fù)雜程度的不斷增加，以及多芯片封裝的發(fā)展，各公司已開始認(rèn)識(shí)到 IC、封裝基底和 PCB 設(shè)計(jì)組之間交叉領(lǐng)域協(xié)作的價(jià)值。由于高管腳數(shù)目器件具有成本敏感性這一特點(diǎn)，工程師不得不重新考慮在對(duì)復(fù)雜的 IC 封裝變量進(jìn)行折衷的同時(shí)，如何規(guī)劃和優(yōu)化芯片的 I/O 布局。并且針對(duì)多個(gè)板級(jí)平臺(tái)進(jìn)行所有這些工作?，F(xiàn)在，各種工具的出現(xiàn)讓封裝和 PCB 的設(shè)計(jì)成為一個(gè)合作、相互受益的過程。

　　認(rèn)知設(shè)計(jì)

　　要最大程度地發(fā)揮作用，EDA 工具應(yīng)當(dāng)清楚知道會(huì)在其他過程中用到的工具。在封裝和PCB 設(shè)計(jì)領(lǐng)域，相互之間的認(rèn)識(shí)很少。誠然，F(xiàn)PGA 管腳輸出可以在一定范圍內(nèi)由用戶定義，但“標(biāo)準(zhǔn)”元件一般沒有這樣的選項(xiàng)。

　　讓工具清楚設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝流程中的其他環(huán)節(jié)，這些工具就能在更短的時(shí)間內(nèi)合作并交付出更好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此外，標(biāo)準(zhǔn) IC 芯片能以不同方式封裝，這取決于終端產(chǎn)品的外形參數(shù)，從而為各種方式實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)化的解決方案。

　　工具之間如何快速地進(jìn)行相互認(rèn)知，然后合作交付出更優(yōu)的設(shè)計(jì)呢？使用相同 CPU 芯片的智能手機(jī)和平板電腦的設(shè)計(jì)便可以完美地說明這一模式。顯然，許多移動(dòng)設(shè)備公司正在進(jìn)行這樣的嘗試。

　　然而，相比智能手機(jī)，平板電腦的PCB基板上可用面積顯然更大，其約束也更少。因此，平板電腦上的 CPU 封裝可能更大，有不同的管腳輸出，或者可能比智能手機(jī)上的 CPU 功耗更大功率。因此，單個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”封裝可能并非最佳應(yīng)用封裝（圖 1）。

　　圖 1：平板電腦設(shè)計(jì)可能有更多可用的基板面積布局 CPU 和膠接電路，使上層封裝進(jìn)行運(yùn)作。但對(duì)于使用相同 CPU 的智能手機(jī)而言，這種方式空間要求過大，因此更好的解決方案是使用下層封裝。

　　現(xiàn)在，使用新工具，設(shè)計(jì)師能配置芯片，從封裝的視角“看看”設(shè)計(jì)，再轉(zhuǎn)移到 PCB（傳統(tǒng)方法），或先了解 PCB 設(shè)計(jì)要求，再返回到封裝設(shè)計(jì)中。而且，他們能拿到每個(gè)使用該 CPU 的產(chǎn)品，再從 PCB 回過頭來設(shè)計(jì)專門為此進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的最佳封裝。

　　從封裝觀點(diǎn)來看，物理設(shè)計(jì)規(guī)則由 PCB 設(shè)計(jì)要求決定。然后，工具與規(guī)則和封裝設(shè)計(jì)師交互合作，交付出適用于該芯片特定應(yīng)用的最佳封裝。這種相對(duì)較快的封裝設(shè)計(jì)方法還能探索不同的創(chuàng)意，以快速找到最佳方案。

　　真實(shí)案例

　　圖 2 為假定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在這個(gè)例子中，最終產(chǎn)品的外形參數(shù)已知，元器件也已進(jìn)行初步布局。注意頂部的說明，已預(yù)留布局 CPU 的位置。使用這種輸入，工具可以開始路徑查找，即基于 PCB 設(shè)計(jì)師和封裝設(shè)計(jì)師編寫的規(guī)則，嘗試多種封裝配置。

　　圖 2：通常，物理外形參數(shù)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要約束。使用路徑查找工具，封裝和 PCB 設(shè)計(jì)師能協(xié)作找到物理設(shè)計(jì)約束內(nèi)的最佳封裝，并可簡化復(fù)雜封裝的扇出和布線。

　　對(duì)于每種設(shè)計(jì)，可以在 PCB 上進(jìn)行傳統(tǒng)布線，以決定最佳的封裝和管腳輸出。規(guī)則允許設(shè)計(jì)師定義各種參數(shù)，如未使用的輸出拐角管腳，讓差分對(duì)連在一起，分配電源和接地的方法，以及處理數(shù)據(jù)和地址總線的方法等。

　　一旦確定規(guī)則，就不只是“按下按鈕再坐回去”，而是比使用電子表格和管腳列表更加直接、更加快速、更加準(zhǔn)確，這就是現(xiàn)狀。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　工具認(rèn)知設(shè)計(jì)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，并且其能夠在任何設(shè)計(jì)領(lǐng)域中進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。首先，其能更加容易地定制多個(gè)封裝設(shè)計(jì)，以便按照所需的外形參數(shù)最佳地利用給定的元器件。然后從多個(gè)“假設(shè)分析”情境審視設(shè)計(jì)，如更小的封裝、更少的成本、最簡單的扇出和出口等。其次，由于存在大量管腳，利用電子表格和管腳列表進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)就顯得力不從心。當(dāng)人工輸入數(shù)以百計(jì)的管腳數(shù)據(jù)時(shí)，錯(cuò)誤率幾乎為 100%。當(dāng)然，其優(yōu)點(diǎn)還包括：質(zhì)量的提高、獲得適合外形參數(shù)的最佳封裝、錯(cuò)誤的減少以及在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中節(jié)省大量的時(shí)間。