¿Qué tan importante es poner tapas de desacoplamiento en el mismo lado de la PCB?

Casi siempre pongo las tapas BAJO el chip en el lado opuesto de la PCB, esto es especialmente cierto en el caso de los chips más grandes y de mayor velocidad.

Un diseño reciente de mina utiliza un FPGA en un BGA de 484 bolas. Hay 76 tapas de desacoplamiento solo para ese chip. La mayoría de ellos son 0.1 uF, con unos 2.2 uF y 10 uF, todo en un paquete 0402. 18 de ellos están físicamente debajo del BGA, mientras que el resto rodea el chip. Están en la parte posterior de la PCB. Las tapas debajo del chip están compartiendo vías con los pines de alimentación del chip.

A menos que esté intentando ahorrar dinero, no hay razón para mantener todos los componentes en un lado de la PCB.

Los expertos están de acuerdo en que es más importante que la tapa de desacoplamiento esté conectada a los planos de alimentación / tierra de la PCB que a los pines de alimentación del chip. Con frecuencia, esto reduce la impedancia general de las trazas de potencia y mejora la utilidad de las tapas de desacoplamiento. Después de eso, la próxima cosa importante es poner las tapas más cerca del chip.

Dado que muchos de mis gorras están compartiendo vías con los pines de alimentación del chip, ¡no puedes estar más cerca que eso! Además, piense en esto ... Si la vía no se compartiera, la mitad de la vía quedaría sin uso. La mitad de la vía desde el plano de potencia / gnd al lado inferior de la PCB no transportaría ninguna corriente. Compartir eso a través de una tapa y el chip no hace que ninguna corriente adicional pase por ninguna vía de cobre. No estoy incluyendo el plano poder / gnd en eso porque es relativamente grande y tiene una impedancia súper baja.

Con los BGA, con frecuencia necesita espacio alrededor del BGA para la inspección óptica de las juntas de soldadura. Hay microscopios especiales con un espejo en ángulo que permite la inspección visual de las bolas debajo de la pieza. El espejo tiene que tocar el PCB para obtener una buena vista, y no puede hacerlo si hay límites en el camino. Si las tapas estuvieran en el mismo lado de la PCB que la BGA, las tapas se ubicarían aún más lejos del chip debido a esta área de separación. Por lo tanto, colocar las tapas en la parte inferior de la PCB, incluso si no las coloca directamente debajo del chip, aún así las tapas se acercan más al chip.

El enrutamiento de un chip, BGA o TQFP, a menudo es más fácil si las tapas se colocan en la parte inferior de la PCB. Esto libera los recursos de enrutamiento en la parte superior y hace que sea más fácil desplegar la pieza.

Solía que los chicos de fabricación se quejaran de tener gorras debajo de los chips. Dirían cosas como "se caerán cuando soldemos la pieza", "tendremos dificultades para volver a trabajar esa pieza", "no podemos inspeccionar la pieza con rayos X", etc. Así que una vez decidí para hacer un experimento. No coloqué ninguna tapa debajo de la BGA. Una vez que la placa estaba en funcionamiento, comparé el ruido de esta PCB con otra PCB similar que tenía los mismos chips con tapas debajo. ¡Era obvio que las gorras debajo de las fichas realmente ayudaron! Desde entonces, he insistido en que los fabricantes simplemente se ocupen de ello. ¡Resultó que ninguna de las preocupaciones de los fabricantes se convirtió en problemas reales!

Cuando coloque los casquillos debajo de los BGA, debe ventilar con cuidado la parte de manera que deje espacio para los casquillos. Para los TQFP y similares, normalmente coloco las tapas directamente debajo de los pines del chip. Esto libera espacio en el PCB para otras cosas (como las vías y el enrutamiento) y consigue los límites lo más cerca posible. Con los TQFP, generalmente pongo resistencias y otras partes al lado de las tapas.

Usar las dos vías por pad y minimizar la longitud de la pista es la técnica habitual cuando se colocan los condensadores en el lado opuesto de la placa, con diseños de alta velocidad. Para los diseños normales, como con el MCU típico, no importa realmente.

Tienes razón, no es el fin del mundo. Si coloca la tapa en el otro lado del tablero, agregará unos 2 mm (por trazo) si puede colocar las tapas cerca de las vías. La regla dice "lo más cerca posible". Como dijiste, en los BGA simplemente no tienes opción: los pines están debajo del IC, por lo que ir al otro lado de la placa es la única opción.

Mencionas velocidad, y eso es un factor importante, pero también lo es la potencia. Cuanto mayor sea la corriente de conmutación, más profundas serán las inmersiones que creará.

Básicamente, use esta regla: "lo más cerca posible". Si no es posible por un lado, hazlo por el otro. Si no es posible cerca de la vía, colóquelo a 1 mm de distancia de la vía. Recuerda, esa vía también tiene cierta inductancia.