阅读说明：本技术 一种面向封装与印制板的系统级电源完整性设计方法 (System-level power integrity design method for packaging and printed board ) 是由 金利峰 胡晋 郑浩 王彦辉 李川 张弓 李滔 王玲秋 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法从DC电源压降与AC频域阻抗两个层次,设计封装电源地多孔连接,采用印制板厚铜箔电源地层对,采用封装级低电感滤波电容与印制板级中高容值滤波电容相结合的分级滤波电容配置方法。本发明提高了封装与印制板载流特性,降低了封装与印制板电源分配系统直流压降,本发明有效降低电源分配系统频域阻抗,同时能够减少印制板级低容值滤波电容数量,节约印制板板面布局布线空间。(The invention discloses a system-level power integrity design method for packaging and printed boards, which designs packaging power ground porous connection from two levels of DC power voltage drop and AC frequency domain impedance, adopts a printed board thick copper foil power stratum pair, and adopts a hierarchical filter capacitor configuration method combining a packaging-level low-inductance filter capacitor and a printed board-level high-capacitance filter capacitor. The invention improves the current-carrying characteristic of the packaging and printed board, reduces the direct-current voltage drop of the packaging and printed board power distribution system, effectively reduces the frequency domain impedance of the power distribution system, can reduce the number of printed board-level low-capacitance filter capacitors, and saves the space for layout and wiring of the printed board surface.)

一种面向封装与印制板的系统级电源完整性设计方法

技术领域

本发明涉及电源完整性设计领域，尤其涉及一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法。

背景技术

超大规模集成电路芯片随着集成度、工作频率、运算性能的不断提升，系统运行功耗不断提高，同时随着集成电路工艺制程的进步，芯片工作电源不断降低，进而导致电源容限范围随之减小。由于电源电流波动所引发的电源压降以及电源波动，将不可避免地对系统稳定运行产生一定的影响。为了解决电源系统存在的电源压降与电源噪声问题，需要开展电源完整性设计技术研究。

为了确保系统稳定可靠运行，电源完整性设计已经成为系统设计中至关重要的一个环节，电源完整性设计技术也已经成为业界研究的热点。在现有技术中，文献（PowerIntegrity Design Analysis and Verification for Large Printed Circuit Boards，2016 DesignCon）讨论了印制电路板电源完整性设计分析方法，通过印制板电源平面与过孔建模分析，结合印制板电源分配网络前仿真与后仿真，优化电源分配系统频域阻抗，提高电源完整性。

然而，上述文献介绍的现有电源完整性设计技术仅考虑了印制电路板，没有考虑封装电源分配网络，不能从封装与印制板协同设计的角度，开展封装与印制板电源完整性协同设计分析。同时该技术在进行分析时，仅侧重于从AC频域阻抗的角度考虑，对电源分配系统进行频域阻抗优化，从而存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法，包括DC电源压降设计及AC频域阻抗设计，具体为以下步骤：

步骤一、设计电源分配系统的DC电源压降；

步骤二、在封装级电源分配系统DC电源压降设计中，采用多孔连接方式进行电源的封装，

步骤三、在印制板级电源分配系统DC电源压降设计中，采用厚铜箔电源地层对，即电源层与地层相邻设置；

步骤四、在封装级电源分配系统AC频域阻抗优化设计中，采用封装级低电感滤波电容；

步骤五、在印制板级电源分配系统AC频域阻抗优化设计中，采用印制板级中高容值滤波电容；

步骤六、将封装与印制板协同AC频域阻抗进行仿真验证及分析，根据仿真验证及分析的结果，优化封装与印制板级滤波电容的配置，减少印制板级低容值滤波电容数量。有效降低电源分配系统频域阻抗的目的。

进一步的，所述步骤二中、多孔连接方式包括BGA封装电源地引脚焊球多孔连接与封装电源地平面层多孔连接。

进一步的，所述步骤三中、电源层与地层铜箔厚度为4盎司以上。

进一步的，所述步骤四中、根据封装基板布局，优化封装级低电感滤波电容布局位置。

进一步的，所述步骤五中、根据印制板布局，优化印制板级中高容值滤波电容布局位置。

采用本发明技术方案，本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法，可以从DC电源压降与AC频域阻抗两个层次，提升电源分配系统性能特性。通过设计封装电源地多孔连接，采用印制板厚铜箔电源地层对，提高了封装与印制板载流特性，降低了封装与印制板电源分配系统直流压降；通过采用封装级低电感滤波电容与印制板级中高容值滤波电容相结合的分级滤波电容配置方法，有效降低电源分配系统频域阻抗，同时能够减少印制板级低容值滤波电容数量，节约印制板板面布局布线空间。

附图说明

图1是本发明提供的一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法设计结构图；

图2是本发明提供的封装电源地多孔连接示意图。

其中，1、BGA封装电源地引脚焊球多孔连接，2、BGA封装电源地引脚焊球器，3、锚固机构。

具体实施方式

结合附图对本发明具体方案具体实施例作进一步的阐述。

本领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

如图1所示，一种面向封装和印制板的系统级电源完整性设计方法，包括DC电源压降设计及AC频域阻抗设计，具体为以下步骤：

步骤一、设计电源分配系统的DC电源压降；

步骤二、在封装级电源分配系统DC电源压降设计中，采用多孔连接方式进行电源的封装，多孔连接方式包括BGA封装电源地引脚焊球多孔连接与封装电源地平面层多孔连接。

步骤三、在印制板级电源分配系统DC电源压降设计中，采用厚铜箔电源地层对，即电源层与地层相邻设置；所述步骤三中、电源层与地层铜箔厚度为4盎司以上。

步骤四、在封装级电源分配系统AC频域阻抗优化设计中，采用封装级低电感滤波电容；根据封装基板布局，优化封装级低电感滤波电容布局位置。

步骤五、在印制板级电源分配系统AC频域阻抗优化设计中，采用印制板级中高容值滤波电容；根据印制板布局，优化印制板级中高容值滤波电容布局位置。

步骤六、将封装与印制板协同AC频域阻抗进行仿真验证及分析，根据仿真验证及分析的结果，优化封装与印制板级滤波电容的配置，减少印制板级低容值滤波电容数量。有效降低电源分配系统频域阻抗的目的。

如图2所示，在DC电源压降方面，分别考虑印制板与封装DC电源压降降低设计技术。在印制板叠层设计中，采用厚铜箔电源地层对，结合封装电源地平面多孔互连降低电源传输路径等效电阻，降低电源分配系统直流压降。

在AC频域阻抗方面，综合封装与印制板电源分配网络，考虑电源频域阻抗抑制技术。通过电源完整性仿真，采用封装级低电感滤波电容与印制板级高容值滤波电容相结合的分级滤波电容配置方法，优化封装与印制板级滤波电容配置，减少印制板级低容值滤波电容数量，有效降低电源分配系统频域阻抗。

图中1所指为BGA封装电源地引脚焊球多孔连接处，图中2所指为电源地平面层多孔连接处，图中3所指为BGA封装电源地引脚焊球。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。