摘要：隨著(zhù)微孔和單片高密度集成系統等新硬件技術(shù)的應用，自由角度布線(xiàn)、自動(dòng)布局和3D布局布線(xiàn)等新型軟件將會(huì )成為電路板設計人員必備的設計工具之一。

在早期的電路板設計工具中，布局有專(zhuān)門(mén)的布局軟件，布線(xiàn)也有專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)軟件，兩者之間沒(méi)什么聯(lián)系。隨著(zhù)球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內建技術(shù)以及3D板在印刷電路板設計中的應用，布局和布線(xiàn)已越來(lái)越一體化，并成為設計過(guò)程的重要組成部分。

自動(dòng)布局和自由角度布線(xiàn)等軟件技術(shù)已漸漸成為解決這類(lèi)高度一體化問(wèn)題的重要方法，利用此類(lèi)軟件能在規定時(shí)間范圍內設計出可制造的電路板。在目前產(chǎn)品上市時(shí)間越來(lái)越短的情況下，手動(dòng)布線(xiàn)極為耗時(shí)，不合時(shí)宜。因此，現在要求布局布線(xiàn)工具具有自動(dòng)布線(xiàn)功能，以快速響應市場(chǎng)對產(chǎn)品設計提出的要求。

設計約束條件

由于要考慮電磁兼容(EMC)及電磁干擾、串擾、信號延遲和差分對布線(xiàn)等高密度設計因素，布局布線(xiàn)的約束條件每年都在增加。例如，在幾年前，一般的電路板僅需6個(gè)差分對來(lái)進(jìn)行布線(xiàn)，而現在則需600對。在一定時(shí)間內僅依賴(lài)手動(dòng)布線(xiàn)來(lái)實(shí)現這600對布線(xiàn)是不可能的，因此自動(dòng)布線(xiàn)工具必不可少。

盡管與幾年前相比，當今設計中的節點(diǎn)(net)數目沒(méi)有大的改變，只是硅片復雜性有所增加，但是設計中重要節點(diǎn)的比例大大增加了。當然，對于某些特別重要的節點(diǎn)，要求布局布線(xiàn)工具能夠加以區分，但無(wú)需對每個(gè)管腳或節點(diǎn)都加以限制。

自由角度布線(xiàn)

隨著(zhù)單片器件上集成的功能越來(lái)越多，其輸出管腳數目也大大增加，但其封裝尺寸并沒(méi)隨之擴大。因此，再加上管腳間距和阻抗因素的限制，這類(lèi)器件必須采用更細的線(xiàn)寬。同時(shí)產(chǎn)品尺寸的總體減小也意味著(zhù)用于布局布線(xiàn)的空間也大大減小了。在某些消費類(lèi)產(chǎn)品中，底板的大小與其上器件大小相差無(wú)幾，元件占據的板面積高達80%。

某些高密度元件管腳交錯，即使采用具45°布線(xiàn)功能的工具也無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)。盡管45°布線(xiàn)工具能對某些恰成45°的線(xiàn)段進(jìn)行完美的處理，但自由角度布線(xiàn)工具具有更大的靈活性，并能大程度提高布線(xiàn)密度。

拉緊(pull-tight)功能使每個(gè)節點(diǎn)在布線(xiàn)后自動(dòng)縮短以適應空間要求，它能大大降低信號延遲，同時(shí)降低平行路徑數，有助于避免串擾的產(chǎn)生。

盡管自由角度設計具有可制造性，并且性能良好，但是這種設計會(huì )導致主板看起來(lái)不如以前的設計美觀(guān)。主板設計在上市時(shí)間之后，就可能不再是一件藝術(shù)品了。

高密度器件

新的高密度系統級芯片采用BGA或COB封裝，管腳間距日益減小。球間距已低至1mm，并且還會(huì )繼續降低，導致封裝件信號線(xiàn)不可能采用傳統布線(xiàn)工具來(lái)引出。目前有兩種方法可解決這個(gè)問(wèn)題：一是通過(guò)球下面的孔將信號線(xiàn)從下層引出；二是采用極細布線(xiàn)和自由角度布線(xiàn)在球柵陣列中找出一條引線(xiàn)通道。對這種高密度器件而言，采用寬度和空間極小的布線(xiàn)方式是唯一可行的，只有這樣，才能保證較高的成品率?，F代的布線(xiàn)技術(shù)也要求能自動(dòng)地應用這些約束條件。

自由布線(xiàn)方法可減少布線(xiàn)層數，降低產(chǎn)品成本。同時(shí)也意味著(zhù)在成本不變的情況下，可以增加一些接地層和電源層來(lái)提高信號完整性和EMC性能。

下一代電路板設計技術(shù)

微孔等離子蝕刻技術(shù)在多層板，尤其是在蜂窩電話(huà)和家用電器中的應用大大改變了對布局布線(xiàn)工具的要求。采用等離子蝕刻法在路徑寬度內添加一個(gè)新孔不會(huì )導致底板本身或制造成本的增加，因為對等離子蝕刻法而言，制作一千個(gè)孔的成本與制作一個(gè)孔的成本一樣低廉(這與激光鉆孔法大不一樣)。

這就要求布線(xiàn)工具具有更大的靈活性，它必須能夠應用不同的約束條件，能適應不同的微孔和構建技術(shù)的要求。

元件密度的不斷增加也對布局設計產(chǎn)生了某些影響。布局布線(xiàn)工具總是假設板上有足夠的空間讓元件拾放機來(lái)拾放表面安裝元件，而不會(huì )對板上已有元件產(chǎn)生影響。但是元件順序放置會(huì )產(chǎn)生這樣一個(gè)問(wèn)題，即每當放置一個(gè)新元件后，板上每個(gè)元件的佳位置都會(huì )發(fā)生改變。

這就是布局設計過(guò)程自動(dòng)化程度低而人工干預程度高的原因。盡管目前的布局工具對依次布局的元件數沒(méi)什么限制，但是某些工程師認為布局工具用于依次布局時(shí)實(shí)際上是受到限制的，這個(gè)限制大約為500個(gè)元件。還有一些工程師認為當在一個(gè)板上放置的元件多達4,000個(gè)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很大問(wèn)題。

同順序算法技術(shù)相比，并行布局技術(shù)能實(shí)現更好的自動(dòng)布局效果。因此，當Zuken收購Incases公司后，Incases的并行布局技術(shù)使Zuken獲益非淺。

三維布局

3D工具針對目前應用日益廣泛的異形和定形板進(jìn)行布局布線(xiàn)。如 Zuken的Freedom新工具采用三維底板模型來(lái)進(jìn)行元件的空間布局，隨后再進(jìn)行二維布線(xiàn)。此過(guò)程也能告知：此板是否具備可制造性？

將來(lái)，諸如在兩個(gè)不同層上采用陰影差分對的設計方法將會(huì )變得日益重要，布線(xiàn)工具也必須能處理這種設計，而且信號速率也將會(huì )繼續提高。

目前也出現了將布局布線(xiàn)工具同用于虛擬原型的高級仿真工具集成起來(lái)的工具，如Zuken的Hot Stage工具，所以即使在虛擬原型時(shí)也能對布線(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行考慮。

現在，自動(dòng)布線(xiàn)技術(shù)已極為普及。我們相信，自由角度布線(xiàn)、自動(dòng)布局和3D布局等新型軟件技術(shù)也會(huì )同自動(dòng)布線(xiàn)技術(shù)一樣成為底板設計人員的日常設計工具，設計人員可用這些新工具來(lái)解決微孔和單片高密度集成系統等新型硬件技術(shù)問(wèn)題。