PCB設計中的“脖子設計”neck design

在高速PCB設計中，BGA、QFN等高密度封裝器件的breakout布線（又稱neck-down區(qū)域）往往是信號完整性的薄弱環(huán)節(jié)。當走線從焊盤引出時，線寬驟變、參考平面不連續(xù)、空間受限等問題會引發(fā)顯著的阻抗突變，導致信號反射、邊沿畸變甚至誤碼率上升。如何在這一關鍵區(qū)域實現(xiàn)阻抗連續(xù)性控制，已成為硬件工程師必須掌握的進階技能。

走線的寬度從3mil變成了4.5mil

Neck Design 即從芯片引腳密集區(qū)域向外擴展布線的設計過程，也叫 Break out。在現(xiàn)代高速 PCB 設計中，芯片引腳間距越來越小，引腳數(shù)量不斷增加，這就需要巧妙地運用 Neck Design 來實現(xiàn)信號的合理引出和布線。比如 BGA 封裝的芯片，其引腳間距極小，必須通過 Neck Design 將引腳信號引出到合適的區(qū)域進行后續(xù)布線。

1、Neck區(qū)域阻抗不連續(xù)的成因分析

焊盤與走線的幾何突變典型BGA焊盤直徑通常為0.25-0.35mm，而高速信號線寬可能僅為3-4mil（0.076-0.1mm）。

從焊盤到走線的過渡區(qū)域（neck-down）會形成明顯的阻抗變化。

2、影響 Neck Design 阻抗連續(xù)性的因素

1. 線寬和線距：線寬和線距的變化會直接影響傳輸線的特征阻抗。在 Neck Design 過程中，從芯片引腳引出的線寬可能會因為空間限制而發(fā)生變化，這就需要精確控制。比如，從窄引腳區(qū)域引出時，線寬可能較窄，隨著布線向外擴展，線寬可能需要適當增加以保持阻抗恒定。

2. 介質材料：PCB 板材的介電常數(shù)會影響信號的傳輸速度和阻抗。不同的介質材料具有不同的介電常數(shù)，在 Neck Design 時，要確保在整個路徑上介質材料的一致性或進行合理的補償計算，以維持阻抗連續(xù)性。

3、Neck Design 中阻抗連續(xù)性的控制方法

1. 合理的線寬漸變：在從芯片引腳向外引出信號時，采用逐漸變化的線寬。例如，從窄引腳區(qū)域開始，線寬逐漸增加到標準寬度，以平滑過渡阻抗?？梢允褂?CAD 工具進行精確的線寬設計和調整，確保線寬變化的斜率符合阻抗控制要求。

2. 利用線間距：差分信號的，線寬改變了，線間距也做改變，通過線間距改變改變阻抗結果。
   

寫到這里，我想起了“紅警”——脖子右擰。。。。