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

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

Un diseño mío reciente usa un FPGA en un BGA de 484 bolas. Hay 76 tapas de desacoplamiento solo para ese chip. La mayoría de ellos son de 0,1 uF, con algunos de 2,2 uF y 10 uF, todos en un paquete 0402. 18 de ellos están físicamente bajo el BGA, mientras que el resto rodean el chip. Están en la parte posterior de la PCB. Las tapas debajo del chip comparten vías con los pines de alimentación del chip.

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

Los expertos coinciden en que es más importante tener la tapa de desacoplamiento conectada a los planos de alimentación/tierra de la PCB que directamente 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, lo siguiente importante es acercar las tapas al chip.

Dado que muchas de mis gorras comparten vías con los pines de alimentación del chip, ¡no puedes acercarte más que eso! Además, piense en esto... Si la vía no se compartiera, la mitad de la vía no se usaría. La mitad de la vía desde el plano de alimentación/tierra hasta el lado inferior de la PCB no transportaría corriente. Compartir esa vía entre una tapa y el chip no provoca que ninguna corriente adicional pase por ninguna vía de cobre. No incluyo el plano de alimentación/tierra porque es relativamente grande y tiene una impedancia muy 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 la placa de circuito impreso para obtener una buena vista, y no puede hacerlo si hay tapas en el camino. Si las tapas estuvieran en el mismo lado de la PCB que el BGA, entonces las tapas estarían ubicadas aún más lejos del chip debido a esta área libre. Por lo tanto, poner tapas en la parte inferior de la placa de circuito impreso, incluso si no las coloca directamente debajo del chip, aún acerca las tapas al chip.

El enrutamiento de un chip, BGA o TQFP, suele ser más fácil si las tapas se colocan en la parte inferior de la PCB. Esto libera recursos de enrutamiento en la parte superior y facilita la distribución de la pieza.

Solía ​​hacer que los chicos de fabricación se quejaran de tener tapas debajo de los chips. Decían 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 puse ningún límite debajo del BGA. Una vez que la placa estuvo en funcionamiento, comparé el ruido en esta PCB con otra PCB similar que tenía los mismos chips con tapas debajo. ¡Era obvio que las tapas debajo de las fichas realmente ayudaron! Desde entonces he insistido en que los chicos de fabricación simplemente se ocupen de eso. ¡Resultó que ninguna de las preocupaciones de los chicos de fabricación se convirtió en un problema real!

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

Usar 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 diseños ordinarios, como con el MCU típico, realmente no importa.

Tienes razón, no es el fin del mundo. Colocar la tapa en el otro lado de la placa 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 otra opción: los pines están debajo del IC, por lo que ir al otro lado del tablero es la única opción.

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

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