PCBs HDI Podem Atender Suas Necessidades? Insights de Especialistas

Recentemente, houve demanda dramática por dispositivos eletrônicos mais sofisticados com poderosas capacidades computacionais para habilitar tecnologias emergentes como IoT e redes 4G. PCB HDI é um dos principais habilitadores para fornecer dispositivos eletrônicos poderosos, porém pequenos, utilizando mesma ou menor área comparada à tecnologia PCB tradicional.

Neste artigo, exploramos mais sobre essa fantástica tecnologia PCB. Começamos definindo PCBs HDI e como os projetamos e fabricamos. Explicamos elementos vitais: materiais HDI, escolha de fabricantes e previsão do mercado internacional.

1. O que é PCB HDI?

Dispositivos eletrônicos com design mais leve, fino e pequeno levaram PCBs a se tornarem mais avançados, surgindo PCBs de Interconexão de Alta Densidade (HDI). A principal diferença entre PCBs HDI e tradicionais é que fornecem alta densidade empregando camadas de micro-vias.

As bases para interconexão de várias placas de circuito. Métodos convencionais de roteamento PCB não conseguem isso. Com HDI, camadas são micro-vias com diâmetros e profundidades de 50 a 150μm. Permitem fabricar PCBs HDI pequenos e finos para dispositivos eletrônicos pequenos com capacidades aprimoradas.

Tipicamente, construímos essas camadas de micro-via sobre uma placa PCB básica, que pode ser, por exemplo, PCB de camada única ou multicamadas. Podemos criar tais camadas em ambos os lados da placa central. Tipicamente, implementamos conexão elétrica entre placa primária e outras camadas de construção via micro-vias.

Como dimensão do pad de micro-via é minúscula, reduzimos significativamente tamanho e peso da placa, resultando em redução do tamanho geral do produto eletrônico. O uso de micro-vias também aumenta desempenho elétrico.

Vantagens do PCB HDI:

• Tamanho reduzido
• Leve
• Melhor desempenho elétrico
• Custo-efetivo
• Tempos de fabricação mais rápidos
• Menor transferência de calor
• Consumo de energia eficiente, maior duração de bateria
• Permite alta taxa de transmissão de sinal e melhor qualidade de sinal

2. Design de PCB HDI

A grande maioria da tecnologia de processo de empacotamento disponível no mercado depende do processo HDI. Exigimos largura/espaco mínimo de linha de 100um para rendimento industrial estável. A tecnologia de build-up que empregamos em PCB HDI usa perfuração a laser, perfuração a plasma ou dielétricos fotoimagináveis para formar vias cegas e atingir as altas densidades necessárias para fan-out de array flip-chip.

Em muitos casos, quando precisamos apenas de um ou dois flip-chips para um dispositivo, subutilizamos a tecnologia HDI no resto da placa. Conforme padrões universais IPC-2221A e IPC-2222 sobre regras de design de PCB, limitamos a proporção de aspecto a pelo menos 6:1 a 8:1 no máximo para vias passantes.

Similarmente, sugerimos diâmetro de furação de 0,25 mm para largura típica de PCB de 1,60 mm. Essas restrições são totalmente apropriadas para fabricação, e a WellPCB recomenda. Importante mencionar que para IPC classe 3, parâmetros de consistência como esses são essenciais.

Por motivos de confiabilidade, não podemos reduzir dimensões do pad de via e diâmetro do furo. Conforme padrões universais IPC 2221A, limitamos tamanho do pad a 0,55-0,60 mm.

3. Chaves Importantes no Processo de Fabricação de PCB HDI

Abertura (Aperture)

Um dos parâmetros-chave na fabricação de PCB HDI é a razão de abertura. Devemos considerar essa razão ao projetar furos passantes e cegos. Tipicamente, abertura de furo passante é cerca de 0,15mm com perfurador mecânico antigo, e razão entre espessura da placa e abertura de pelo menos 8:1. Com perfurador a laser, recomendamos abertura de 3 a 6 mm com razão de abertura 1:1 máximo.

Empilhamento (Stack)

Vários fatores afetam placas PCB durante empilhamento, como temperatura e pressão. Se placas de saída não forem simétricas, ou seja, tensão distribuída desigualmente, empenamento aparecerá num lado, reduzindo rendimento. Designer deve considerar design de empilhamento não simétrico e distribuição desigual dos furos.

Fluxo de Processo

Há muitas semelhanças no fluxo de processo entre PCBs HDI e comuns. Por exemplo, fluxo de PCB HDI com 6 camadas e 2 empilhamentos é igual a PCBs comuns, exceto pela sequência de perfuração. Na perfuração a laser, formamos furos cegos em PCBs HDI em altas temperaturas para queimar paredes dos furos. Para PCB HDI com 2 camadas, revestimos e preenchemos furos cegos profissionalmente, o que encarece o processo.

4. Como Escolher o Material Certo para Seus PCBs HDI

Materiais mais finos que usamos em PCBs são o produto final, pois materiais podem ter fator crucial. Podemos manusear vários materiais na fabricação de PCB HDI baseados nas especificações finais requeridas.

Materiais necessários podem ser FR4, metal, fibra de vidro, cada um dependendo do tipo de produto. Para acabamento superficial de PCB HDI, pode-se selecionar entre ENIG, HASL, imersão estanho, imersão prata e ouro. Recomendamos ENIG pela suavidade e soldabilidade flexível.

5. O que Procurar em Seu Fabricante de PCB HDI

Escolher fabricante de PCB HDI que satisfaça todas necessidades para construir placas complexas com alta qualidade é essencial. Construir PCB HDI é processo complexo; busque fabricante com tecnologias multicamadas avançadas comprometido com produtos de alta qualidade.

WellPCB oferece vantagem competitiva na fabricação de PCBs HDI. Oferecemos orçamentos rápidos e confiáveis. Como fabricante experiente com reputação consolidada, fornecemos sugestões inovadoras desde a fase de design até etapa final. Na WellPCB, nossa equipe de engenharia compromete-se a entregar produtos finais excepcionais com PCBs de alta qualidade e defeitos mínimos. Saiba mais sobre nossos serviços de fabricação.

6. Previsão Global do Mercado de PCBs HDI

Fabricantes de PCB dedicaram esforço significativo a PCB HDI por vários anos, com valor de mercado de $9.500 milhões em 2017. Especialistas esperam atingir 22.000 milhões até 2025 com CAGR de 11%.

Com advento de smartphones e equipamentos móveis de mídia ultracompactos, dispositivos semicondutores continuam aumentando contagem de pinos enquanto encolhem em forma. Até ano de produção 2020, número de terminais I/O de alta velocidade seria superior a 4.000 pin-outs por flip-chip, exigindo pitch ultra-fino na área do array. Porém, a maioria dos fornecedores chineses de PCB fornecerá roteiro de empacotamento definido pela ITRI. Contate o transitário de carga você mesmo.

Esses números de pin-out aumentarão ainda mais conforme tendência de IC continue seguindo lei de Moore. Considerando tal avanço em requisito de tamanho de pitch, empacotamento desses chips seria desafio em termos de custo e desempenho.

A tecnologia de processo de empacotamento mais disponível no mercado agora depende do processo HDI, onde largura/espaco mínimo de linha de 100um é garantido para rendimento de fabricação estável.

Conclusão

A prática mais comum de aumentar densidade de interconexão de substrato ou PCB é aumentar número de camadas metálicas e controlar espessura total de material dielétrico e metalização para obter tamanho menor para produtos finais. PCB HDI é a melhor escolha para circuitos complexos que precisamos implementar em PCBs de pequenas dimensões.