Los sustratos de interconexión de alta densidad (HDI) están ganando popularidad en el mundo del diseño electrónico debido a sus muchas ventajas sobre las placas de circuito impreso tradicionales. Estos beneficios incluyen una mayor densidad de cableado, un tamaño reducido y un rendimiento eléctrico mejorado. En este blog hablaremos Diseño de placa de circuito impreso HDI en detalle.
Como diseño para transmisión en serie de alta velocidad, para suprimir la reflexión, reducir la pérdida de transmisión y suprimir el ruido,
El diseño de la placa se basa en tres pautas básicas:
1. Control de impedancia del cableado diferencial
2. Minimización de la longitud del cableado diferencial
3. Alinear la longitud del cableado dentro de un par diferencial tanto como sea posible.
Desarrollo de diseño y fabricación de PCB
Diseño y fabricación de placas de circuito impreso (PCB) está cambiando para satisfacer la creciente demanda de dispositivos electrónicos más pequeños y potentes. Las tendencias de diseño y fabricación de PCB (placa de circuito impreso) incluyen:
Las placas de circuito impreso de interconexión de alta densidad (HDI) están ganando aceptación debido a su densidad de cableado superior, tamaño reducido e integridad de señal mejorada.
Las demandas específicas de la aplicación requieren el uso de nuevos materiales, como sustratos flexibles y placas de circuito impreso con núcleo metálico.
El uso de técnicas de fabricación de vanguardia, como la perforación por láser y la impresión 3D, puede reducir la productividad y los costos.
Problemas en la industria de las placas de circuito impreso
El sector de los PCB está creciendo y se está volviendo más innovador, pero aún se enfrenta a importantes obstáculos. Entre estas dificultades se encuentran:
Los problemas relacionados con el impacto de su fabricación de PCB en el medio ambiente incluyen la eliminación inadecuada de desechos.
Problemas de la cadena de suministro, como la falta de suministros o piezas necesarios.
La creciente complejidad del diseño y la fabricación de placas de circuito impreso (PCB) ha aumentado la demanda de trabajadores especializados.
En términos de supresión de reflejos, el control de la impedancia se puede lograr optimizando las especificaciones de diseño no solo para el cableado mencionado anteriormente, sino también para los orificios pasantes, y esto se está volviendo popular en los equipos de consumo digital.
Es esencial optimizar el conector considerando el impacto del sitio de montaje y comprender completamente las características reales del cable. Por ejemplo, si el diseño del patrón de la parte de montaje del conector no es apropiado, en muchos casos, se agregará una capacitancia parásita adicional, se reducirá la impedancia, se producirán reflejos y la forma de onda de transmisión será deficiente, por lo que la optimización de esa parte es necesaria.
Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de estos temas.
¿Qué es el diseño de PCB HDI?
El diseño de PCB HDI es un tipo de diseño de placa de circuito impreso (PCB) que tiene como objetivo aumentar la densidad de enrutamiento utilizando componentes y vías más pequeños. Esto permite un diseño más compacto con un rendimiento eléctrico mejorado. Las placas HDI se utilizan en productos electrónicos de alta tecnología, como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y dispositivos médicos.
Ventajas del diseño de PCB HDI
Las ventajas del diseño de PCB HDI son:
• Miniaturización: los PCB HDI pueden ser más pequeños que los PCB tradicionales debido a su alta densidad de enrutamiento.
• Rendimiento eléctrico mejorado: la placa de circuito HDI reduce la capacitancia e inductancia parásitas, mejorando la integridad de la señal.
• Más funcionalidad: las placas HDI pueden acomodar más componentes y, por lo tanto, más funcionalidad.
• Gestión térmica mejorada: las PCB HDI se pueden diseñar para disipar el calor de manera más eficiente.
• Confiabilidad mejorada: las placas de circuito HDI tienen menos interconexiones, lo que reduce el riesgo de fallas debido a la fatiga de la soldadura y otros factores.
Tipos de PCB HDI
Hay tres tipos principales de PCB HDI.
• 1+N+1: este tipo de PCB HDI tiene una capa endurecida seguida de una capa base seguida de otra capa endurecida.
• 2+N+2: este tipo de PCB HDI tiene dos capas endurecidas, seguidas de una capa base y otras dos capas endurecidas.
• Capas HDI opcionales: este tipo de PCB HDI tiene múltiples capas de construcción con vías que las conectan.
Elección del diseño de placa HDI adecuado para su aplicación Considere los siguientes factores para elegir el diseño de placa HDI adecuado para su aplicación.
• Número y tamaño de los componentes necesarios.
• Tamaño de PCB deseado.
• Requisitos de propiedad eléctrica.
• Requisitos de gestión térmica.
• Presupuesto disponible.
Diseño de apilamiento de PCB HDI El diseño de apilamiento de PCB HDI es fundamental para lograr la densidad de cableado y el rendimiento eléctrico requeridos.
La estructura de la pila contiene las siguientes capas:
• Capas de señal: estas capas transportan señales eléctricas entre los componentes.
• Planos de alimentación y tierra: estas capas proporcionan conexiones de alimentación y tierra a los componentes.
• Capas de diseño: estas capas se utilizan para crear vías que conectan diferentes capas.
Pautas de diseño de la placa HDI Para lograr la densidad de diseño deseada, se deben seguir ciertas pautas de diseño al diseñar una placa HDI.
Las recomendaciones clave de enrutamiento incluyen:
• Minimizar el número de vías utilizadas.
• Utilizar microvías siempre que sea posible.
• Evite los ángulos rectos al trazar.
• Distancia mínima entre componentes y vías
Tipos de vía utilizados en placas HDI
Las placas HDI utilizan varios tipos de vías para lograr la densidad de enrutamiento requerida. Éstas incluyen:
• Agujeros Pasantes: Estas vías atraviesan todas las capas de la PCB.
• Pinholes: Son vías de pequeño diámetro que conectan capas adyacentes.
• Vías ciegas: estas vías conectan las capas externas con las internas sin atravesar todo el tablero.
• Vías ocultas: estas vías conectan dos o más capas internas sin atravesar las capas externas.
Fabricación de microvías Las microvías son un componente fundamental de las PCB HDI y requieren técnicas de perforación de precisión para su fabricación. Las microvías se crean usando los siguientes métodos:
• Perforación mecánica: este método utiliza un taladro para crear una vía. Este es el método más común utilizado para perforar microvías.
• Perforación con láser: este método utiliza un rayo láser para crear un orificio pasante. Esta es una perforación más precisa que la perforación mecánica y se utiliza para agujeros de pequeño diámetro.
Fabricación de vías ciegas
Las vías ciegas se utilizan en PCB HDI para reducir la cantidad de capas requeridas y aumentar la densidad de enrutamiento. Los siguientes métodos se utilizan para la fabricación de transiciones ciegas:
• Perforación mecánica: este método utiliza un taladro para crear una vía. Este es el método más común utilizado para perforar vías ciegas.
• Perforación con láser: este método utiliza un rayo láser para crear un orificio pasante.
Perforación láser de PCB HDI
La perforación con láser es un proceso importante en la fabricación de PCB HDI, que requiere un control preciso del rayo láser. Los siguientes tipos de láseres se utilizan para la perforación láser HDI PCB:
• Láseres de CO2: estos láseres se utilizan para perforar orificios pasantes de mayor diámetro.
• Láseres UV: estos láseres se utilizan para perforar orificios de pequeño diámetro.
Acabado de superficie de PCB HDI
El acabado de la superficie de la PCB HDI es importante para garantizar una buena soldabilidad y evitar la corrosión. Los siguientes acabados superficiales se usan comúnmente para PCB HDI:
• ENIG (oro de inmersión de níquel químico)
• OSP (conservante de soldadura orgánico)
• HASL (nivelación de soldadura de aire caliente)
Prueba y verificación de la placa de circuito HDI
Las placas de circuito HDI requieren pruebas y verificación para garantizar su funcionalidad y confiabilidad. Para las placas de circuito impreso HDI, se utilizan comúnmente las siguientes pruebas y comprobaciones:
• Pruebas Eléctricas: Esto incluye pruebas de cortocircuito, abierto y continuidad.
• Inspección por rayos X: se usa para verificar las capas internas de la placa de circuito impreso en busca de defectos.
• Análisis de microsección: se utiliza para comprobar la calidad de las vías y otras características importantes.
Problemas de fabricación HDI PCB (DFM)
El diseño de PCB HDI requiere una cuidadosa consideración de la capacidad de fabricación. Las siguientes consideraciones de DFM son importantes para las PCB HDI:
• Minimice el número de capas.
• Siga buenas reglas de enrutamiento.
• Use el tipo y tamaño correcto de vías.
• Selección del tratamiento superficial adecuado.
• Minimizar el uso de vías ciegas y ocultas.
Herramientas de diseño de PCB HDI
Varias herramientas de diseño están disponibles para el diseño de PCB HDI. Estas herramientas incluyen:
• Software CAD: use software de diseño asistido por computadora (CAD) para crear el diseño de PCB.
• Herramientas DFM: las herramientas de diseño para la capacidad de fabricación (DFM) se utilizan para garantizar la capacidad de fabricación de los proyectos.
• Software CAM: Utilice el software de fabricación asistida por computadora (CAM) para crear los archivos de datos necesarios para la fabricación de PCB.
Beneficios de los PCB HDI
Los PCB HDI ofrecen una serie de ventajas sobre los PCB tradicionales. Estos beneficios:
• Mayor densidad de cableado
• talla pequeña
• Ruido de señal reducido
• Integridad de la señal mejorada
• Gestión mejorada de la temperatura
Aplicaciones de PCB HDI
Los PCB HDI se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, que incluyen:
• dispositivos móviles
• Tecnología usable
• Equipo medico
• Aeroespacial y Defensa
• Electrónica automotriz
• Automatización industrial
Desafíos en el diseño y fabricación de PCB HDI
Hay varios desafíos en el diseño y la fabricación de PCB HDI.
• Precio alto
• Proceso de producción complejo
• tolerancias estrictas
• Flexibilidad de diseño limitada
El futuro de las PCB HDI
La demanda de dispositivos electrónicos más pequeños, ligeros y potentes está impulsando el desarrollo de PCB HDI. El futuro de HDI PCB puede incluir:
• Mayor uso de nuevos materiales como sustratos flexibles.
• Avances en perforación láser y otras tecnologías de fabricación.
• Integración con impresión 3D y otras tecnologías de fabricación aditiva.
Conclusión
HDI PCB es una tecnología clave para satisfacer la demanda de dispositivos electrónicos más pequeños y potentes. El diseño y la fabricación de PCB HDI requiere una cuidadosa consideración de factores como la densidad de trazas, el tipo de vía, la calidad de la superficie y las pruebas y verificaciones. HDI PCB presenta algunos desafíos, pero sus ventajas la convierten en una tecnología importante para muchas aplicaciones.
