Qual a importância de desacoplar capacitores no mesmo lado do PCB que o IC? Estou desesperadamente com pouco espaço em um design e seria realmente útil colocar as tampas no lado inferior.
Eu acho que não pode ser tão ruim, porque os BGAs parecem usar essa técnica em projetos que são muito mais rápidos que os meus (um MCU de 67MHz).
Porém, questões como Desacoplamento de tampas, layout de PCBs estão cheias de histórias assustadoras sobre as vias que acrescentam indutância.
Respostas:
Eu quase sempre coloco as tampas SOB o chip no lado oposto da placa de circuito impresso - isso é especialmente verdadeiro para chips maiores e chips de alta velocidade.
Um projeto recente meu usa um FPGA em um BGA de 484 bolas. Existem 76 tampas de desacoplamento apenas para esse chip. A maioria deles é de 0,1 uF, com cerca de 2,2 uF e 10 uF, todos em um pacote 0402. 18 deles estão fisicamente sob o BGA, enquanto o restante envolve o chip. São estão na parte de trás do PCB. As tampas sob o chip estão compartilhando vias com os pinos de alimentação do chip.
A menos que você esteja tentando economizar, não há razão para manter todos os componentes em um lado da PCB.
Os especialistas concordam que é mais importante ter sua tampa de desacoplamento conectada aos planos de energia / terra do PCB do que diretamente aos pinos de energia do chip. Isso freqüentemente diminui a impedância geral dos traços de energia e melhora a utilidade das tampas de desacoplamento. Depois disso, colocar as tampas mais próximas do chip é a próxima coisa importante.
Como muitas das minhas tampas estão compartilhando vias com os pinos de energia do chip, você não pode se aproximar disso! Além disso, pense sobre isso ... Se a via não fosse compartilhada, metade da via não seria usada. A metade da via do plano power / gnd para o lado inferior da PCB não estaria carregando corrente. Compartilhar isso entre uma tampa e o chip não faz com que nenhuma corrente extra seja repassada através do cobre. Não incluo o plano power / gnd porque é relativamente grande e tem uma impedância super baixa.
Com os BGAs, você frequentemente precisa de espaço ao redor do BGA para inspeção óptica das juntas de solda. Existem microscópios especiais com um espelho angular que permitem a inspeção visual das esferas sob a peça. O espelho precisa tocar no PCB para ter uma boa visão, e você não pode fazer isso se houver tampas no caminho. Se as tampas estivessem no mesmo lado do PCB que o BGA, as tampas estariam localizadas ainda mais distantes do chip, devido a essa área livre. Portanto, colocar as tampas na parte inferior do PCB, mesmo se você não colocá-lo diretamente sob o chip, ainda aproxima as tampas do chip.
O roteamento de um chip, BGA ou TQFP, geralmente é mais fácil se as tampas forem colocadas na parte inferior do PCB. Isso libera recursos de roteamento no lado superior e facilita a dispersão da peça.
Eu costumava fazer com que o pessoal da manufatura se queixasse de ter tampas embaixo dos chips. Eles diziam coisas como "cairão quando soldamos a peça", "teremos dificuldade em retrabalhá-la", "não podemos inspecionar a peça com raios-X" etc. etc. Então, uma vez, decidi fazer um experimento. Não coloquei nenhum boné sob o BGA. Uma vez que a placa estava em funcionamento, comparei o ruído nesta PCB com outra PCB semelhante que tinha os mesmos chips com tampas embaixo. Era óbvio que as tampas sob os chips realmente ajudaram! Desde então, tenho insistido que o pessoal da manufatura lide com isso. Descobriu-se que nenhuma das preocupações dos fabricantes já se transformou em problemas reais!
Ao colocar as tampas sob os BGA's, você deve ventilar cuidadosamente a peça de maneira a abrir espaço para as tampas. Para TQFP e similares, normalmente coloco as tampas diretamente sob os pinos do chip. Isso libera espaço no PCB para outras coisas (como vias e roteamento) e fecha as tampas o mais próximo possível. Com os TQFP's, costumo colocar resistores e outras peças ao lado das tampas.
Usar duas vias por bloco e minimizar o comprimento da trilha, é a técnica usual ao colocar os capacitores no lado oposto da placa, com designs de alta velocidade. Para projetos comuns, como no MCU típico, isso realmente não importa.
Você está certo, não é o fim do mundo. Colocar a tampa no outro lado da placa adicionará cerca de 2 mm (por traço) se você puder colocar as tampas perto das vias. A regra diz "o mais próximo possível". Como você disse, nos BGAs você simplesmente não tem escolha: os pinos estão embaixo do CI; portanto, ir para o outro lado da placa é a única opção.
Você menciona velocidade, e esse é um fator importante, mas o poder também. Quanto maior a corrente de comutação, mais profundos serão os mergulhos.