基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，以矩阵代替封装电路进行引脚分布的设计，其中矩阵内部的元素包括信号引脚、电源引脚、地引脚，将这三类引脚以0、1、2代替并填充到矩阵的第一列向量中，以第一列向量的元素为开始，依次进行移位得到下一列元素，最终得到完整的矩阵，然后改变移位的距离可以得到多个不同的矩阵，根据每个矩阵的总电感以及返回路径质量可以得到最优矩阵，该矩阵对应的引脚分布即为最优的引脚分布，本发明专利技术的方法不需要进行耗时的迭代搜索，极大地缩短了求解时间，且在相同的参数下所构造的最优解是比较稳定的，封装电路的信号完整性也较强。

Optimal pin distribution generation method for large-scale BGA encapsulation based on prior knowledge

The invention discloses an optimal pin distribution generation method in large scale BGA packaging based on prior knowledge, in which a matrix is replaced by a package circuit for the design of pin distribution, in which the elements in the matrix include signal pins, power pins, ground pins, and the three types of pins are replaced by 0, 1, and 2, and filled to the first column of the matrix. At the beginning of the element of the first column vector, the next column element is displaced in turn, and the complete matrix is finally obtained. Then the shift distance can be changed to get multiple different matrices. According to the total inductance of each matrix and the mass of the return path, the optimal matrix can be obtained. The corresponding pin distribution of the matrix is that of the matrix. In order to optimize the pin distribution, this method does not require time-consuming iterative search, greatly shortens the solution time, and the optimal solution under the same parameters is relatively stable, and the signal integrity of the package circuit is also strong.

【技术实现步骤摘要】
基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法
本专利技术涉及大规模集成电路封装领域，特别是一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法。
技术介绍
随着半导体技术与信息科技的发展，单个集成电路具有的功能也变得越来越复杂，使得集成电路封装上的输入输出引脚数目急剧增加，功耗问题与电磁兼容问题也日益凸显，对封装技术提出了更高的要求，为了满足这些要求，球形栅格阵列(BGA)封装应运而生，其在封装基板的底部制作焊球阵列作为芯片与印刷电路板间的电气连接，能提供比其它封装更多的引脚数目。虽然BGA封装能提供良好的连接性能，但引脚数目的急剧增多，使得BGA封装下的信号完整性逐渐劣化，而通过合理的引脚分布，可以使方向相反的互感相互抵消，从而大大减少对信号完整性的影响，因此如何找到一个最优的引脚分布在芯片设计中显得十分重要，最近有一些基于随机优化算法的引脚分布生成方法被提出，它们都能有效地解决这类问题，但都需要较长的时间进行迭代搜索，而且这些算法不稳定，很难做到每次都能搜索到同样的解，这阻碍了其运用于工业生产。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，可以构造出最优解或近似最优解，不需要进行耗时的迭代搜索，极大地缩短了求解时间，且在相同的参数下所构造的最优解是比较稳定的。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，包括以下步骤：A、确定集成电路电源引脚与地引脚之和与封装上总引脚数量的比例，比例参数设置为1：R，同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，并且vi*hi＝R；B、根据集成电路的封装尺寸M*N设置一个尺寸数值相同的矩阵；C、生成一个长度为M的向量col，根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位；D、将信号引脚、电源引脚、地引脚分别用0、1、2元素表示，往延长后的向量col中填入0、1、2元素，其中非0元素不连续出现，且非0元素之间由vi-1个0隔开；E、将填充在向量col内的元素作为矩阵的第一列，下一列由上一列的元素在垂直方向上移位得到，将所有列最底端的comp个单位的元素去除后得到完整的矩阵，其中下一列与上一列水平间隔hi个单位，移位的距离为d；F、改变移位距离d，得到多个不同的矩阵，分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，根据所有矩阵的总电感以及返回路径质量的数据得到最优的矩阵，该矩阵内对应的元素为最优的引脚分布。进一步，所述步骤A同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，其中，垂直间隔参数vi为同一列中每两个元素之间的间隔距离，水平间隔参数hi为同一行中每两个元素之间的间隔距离。进一步，所述步骤A中vi*hi＝R，若vi和hi有多组乘积，每组乘积分别进行后续的所有步骤，将得到的每组乘积的所有矩阵的总电感以及返回路径质量进行对比，得到最优的引脚分布。通过不同的vi和hi的设置，可以计算得到多组矩阵，从而可以在不同乘积的矩阵中找到最优的引脚分布。进一步，所述步骤C中根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位,其中补偿长度comp的计算公式为：comp＝2*vi-mod(M,2*vi)mod为取余数操作。补偿长度可以起到维持向量移位分布不变的作用。进一步，所述步骤E中将填充在向量col内的元素作为矩阵的第一列，下一列由上一列的元素在垂直方向上移位得到，在移位时，元素以移位距离d为单位向下移动，在每一列最下方的元素被移至该列的最上方。进一步，所述步骤F中分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，其中总电感的计算公式为：其中aij为互感，第i个引脚与第j个引脚电流方向相同时其为1，不同时为-1，当i＝j时，aij＝0；为一对引脚间的互感值，其中dij为第i个引脚与第j个引脚间的欧氏距离；dmax的最小值为所有引脚对之间的最大欧氏距离。进一步，所述步骤F中分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，其中返回路径质量的计算公式为：Dsum＝D(dmin)-E(dmin)其中dmin为每个电源或地引脚到其最近的另一个电源或地引脚的欧氏距离的集合，D(dmin)为该集合的方差，E(dmin)为该集合的均值。进一步，所述步骤F中根据所有矩阵的总电感以及返回路径质量的数据得到最优的矩阵，该矩阵内对应的元素为最优的引脚分布，从多组总电感以及返回路径质量的数据中得到返回路径质量最小的值以及其对应的总电感，该组数据所对应矩阵的引脚分布为最优引脚分布，所对应的移位距离为最佳移位距离。返回路径质量最小以及总电感也有接近最小的值时，封装电路引脚之间的互感较小，对信号完整性的影响也较小。进一步，若返回路径质量最小以及其对应的总电感的数据有多组相同情况时，选取移位距离最小的矩阵为最优矩阵，该矩阵对应的引脚分布为最优引脚分布。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用的一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，以矩阵代替封装电路进行引脚分布的设计，其中矩阵内部的元素包括信号引脚、电源引脚、地引脚，将这三类引脚以0、1、2代替并填充到矩阵的第一列向量中，以第一列向量为开始，依次进行移位得到下一列向量，最终得到完整的矩阵，然后改变移位的距离可以得到多个不同的矩阵，根据每个矩阵的总电感以及返回路径质量可以得到最优矩阵，该矩阵对应的引脚分布即为最优的引脚分布，本专利技术的方法不需要进行耗时的迭代搜索，极大地缩短了求解时间，且在相同的参数下所构造的最优解是比较稳定的，封装电路的信号完整性也较强。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法的流程框图；图2是向量col的组成示意图；图3是向量col的移位过程示意图；图4是矩阵B构建完成后的示意图；图5是输入不同移位量d下得到的总电感的曲线图；图6是输入不同移位量d下得到的返回路径质量的曲线图。具体实施方式参照图1，本专利技术的一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，包括以下步骤：首先确定集成电路电源引脚与地引脚之和与封装上总引脚数量的比例，将比例参数设置为1：R，同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，并且使得vi*hi＝R,根据集成电路的封装尺寸M*N设置一个尺寸数值相同的矩阵,生成一个长度为M的向量col，根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位，用0、1、2元素分别表示信号引脚、电源引脚、地引脚，然后往延长后的向量col中填入0、1、2元素，其中非0元素不连续出现，且非0元素之间由vi-1个0隔开，将填充在向量col内的元素作为矩阵的第一列，此后的下一列都由上一列的元素在垂直方向上移位得到，移位的距离为d，在得到所有的列后，将所有列最底端的comp个单位的元素去除后得到完整的矩阵，最后改变移位距离d，得到多个不同的矩阵，分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，根据所有矩阵的总电感以及返回路径质量的数据得到最优的矩阵，该矩阵内对应的元素为最优的引脚分布，本专利技术的方法不需要进行耗时的迭代搜索，可以在较短的时间内计算得到最优的引脚分布，从减少引脚分布错乱对信号完整性的影响。具体地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，其特征在于：包括以下步骤：A、确定集成电路电源引脚与地引脚之和与封装上总引脚数量的比例，比例参数设置为1：R，同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，并且vi*hi＝R；B、根据集成电路的封装尺寸M*N设置一个尺寸数值相同的矩阵；C、生成一个长度为M的向量col，根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位；D、将信号引脚、电源引脚、地引脚分别用0、1、2元素表示，往延长后的向量col中填入0、1、2元素，其中非0元素不连续出现，且非0元素之间由vi‑1个0隔开；E、将填充在向量col内的元素作为矩阵的第一列，下一列由上一列的元素在垂直方向上移位得到，将所有列最底端的comp个单位的元素去除后得到完整的矩阵，其中下一列与上一列水平间隔hi个单位，移位的距离为d；F、改变移位距离d，得到多个不同的矩阵，分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，根据所有矩阵的总电感以及返回路径质量的数据得到最优的矩阵，该矩阵内对应的元素为最优的引脚分布。

【技术特征摘要】
1.一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，其特征在于：包括以下步骤：A、确定集成电路电源引脚与地引脚之和与封装上总引脚数量的比例，比例参数设置为1：R，同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，并且vi*hi＝R；B、根据集成电路的封装尺寸M*N设置一个尺寸数值相同的矩阵；C、生成一个长度为M的向量col，根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位；D、将信号引脚、电源引脚、地引脚分别用0、1、2元素表示，往延长后的向量col中填入0、1、2元素，其中非0元素不连续出现，且非0元素之间由vi-1个0隔开；E、将填充在向量col内的元素作为矩阵的第一列，下一列由上一列的元素在垂直方向上移位得到，将所有列最底端的comp个单位的元素去除后得到完整的矩阵，其中下一列与上一列水平间隔hi个单位，移位的距离为d；F、改变移位距离d，得到多个不同的矩阵，分别计算每个矩阵总电感与返回路径质量，根据所有矩阵的总电感以及返回路径质量的数据得到最优的矩阵，该矩阵内对应的元素为最优的引脚分布。2.根据权利要求1所述的一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，其特征在于：所述步骤A同时设置垂直间隔参数vi与水平间隔参数hi，其中，垂直间隔参数vi为同一列中每两个元素之间的间隔距离，水平间隔参数hi为同一行中每两个元素之间的间隔距离。3.根据权利要求1所述的一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，其特征在于：所述步骤A中vi*hi＝R，若vi和hi有多组乘积，每组乘积分别进行后续的所有步骤，将得到的每组乘积的所有矩阵的总电感以及返回路径质量进行对比，得到最优的引脚分布。4.根据权利要求1所述的一种基于先验知识的大规模BGA封装最优引脚分布生成方法，其特征在于：所述步骤C中根据M与vi，计算出向量col的补偿长度comp后，将向量col延长comp个单位,其中补偿长度co...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁耀淦，谢舜道，陈荣军，朱雄泳，
申请(专利权)人：佛山市顺德区中山大学研究院，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44