Design de PCB HDI: Guia Definitivo para Interconexões de Alta Densidade Otimizadas

Ao projetar PCBs, você pode se preocupar com custos adicionais e o número crescente de camadas. No entanto, com a tecnologia de PCB HDI, os fabricantes podem reduzir custos rapidamente sem comprometer a qualidade do produto. A tecnologia não apenas ajuda você a inovar novos produtos, mas permite desenvolver produtos à prova de futuro.

Então, o que exatamente é um PCB HDI e por que você deve considerar projetar um? Continue lendo e descubra!

1. O que é PCB HDI?

Na indústria acelerada de hoje, a fabricação de placas de circuito. Os métodos convencionais de roteamento de PCB não conseguem alcançar isso. Com PCBs HDI, oferecem às empresas e designers a chance de dobrar o circuito enquanto reduzem a área. O acrônimo 'fabricação de PCBs rígidos. Aqui, as condições se aplicam a multicamadas, face única, metalcore, HDI' significa High-Density Interconnector (Interconector de Alta Densidade). Estas Placas de Circuito Impresso HDI ou PCBs HDI são placas de circuito regulares que apresentam uma densidade maior de fios em toda a área de superfície.

Isso resulta em uma redução drástica no tamanho e peso do equipamento. Não apenas isso, mas melhora o desempenho elétrico do equipamento. Além disso, permite transmissão de dados mais rápida e eficiente devido ao encurtamento dos caminhos.

Imagem 1: PCB HDI

Você pode distingui-los facilmente através de micro-vias, linhas mais finas, materiais finos, bem como maior densidade de pads. Essas micro-vias podem ser cegas ou enterradas e até cerca de 0,006 polegadas de diâmetro. Assim, você pode dizer que o PCB HDI deu origem à miniaturização de produtos.

Micro vias desempenham um papel essencial no projeto desses componentes. Descubra sua importância a seguir.

2. Microvias e PCBs HDI

Antes de prosseguirmos para o design de PCBs HDI, você deve aprender o papel das micro vias em PCBs HDI. Micro vias são furos finos perfurados a laser que ligam duas camadas diferentes eletricamente em uma placa de circuito multicamadas.

Diferente de vias convencionais, elas são muito menores em tamanho e, portanto, diretamente relacionadas às qualidades de miniaturização e economia de espaço dos PCBs HDI.

Designs HDI incluem muitas estruturas diferentes que abordaremos no próximo capítulo.

Imagem 2: PCB HDI

3. Estruturas HDI

Geralmente, PCBs HDI podem ser projetados de várias maneiras. Estas são:

1+N+1:

Indica que existe apenas uma única camada de interconexão de alta densidade em PCBs.

i+N+i:

Indica que existem duas ou mais de 2 camadas HDI em PCBs. Além disso, as micro-vias são empilhadas ou escalonadas juntas nas diferentes camadas.

Any Layer (Qualquer Camada):

Nesta estrutura, todas as camadas são camadas HDI, o que permite a interconectividade de todas as camadas. Prova ser benéfico para dispositivos complexos como chips GPU em smartphones ou chips CPU em computadores.

Agora que você conhece o básico, está pronto para colocar a mão na massa com PCBs HDI. Aprenda nossas principais dicas para projetar PCBs HDI no próximo capítulo.

Imagem 3: PCB HDI

4. Regras e Dicas de Design HDI

Geralmente, o design de PCB é uma tarefa intrincada. Junte isso com micro vias e circuitos HDI, e você terá uma bagunça complicada. As complicações são ainda mais intensificadas onde sistemas aeroespaciais e dispositivos médicos estão envolvidos.

Como engenheiro, você pode estar disposto a aceitar o desafio, mas quem disse que você tem que fazer isso sem ajuda? Aqui estão as principais dicas para designers e empresas:

Imagem 4: PCB HDI

Dica nº 1 – Adote uma Estratégia DFM

Nossa primeira dica é bem simples e geral. É essencial incorporar uma estratégia DFM (Design for Manufacturing) com PCBs HDI. Se você acabar projetando algo muito além das capacidades do seu fabricante contratado (CM), o design pode ser inútil.

Você deve projetar a placa para fornecer todos os benefícios do PCB HDI e ser facilmente fabricada ao mesmo tempo.

Dica nº 2 – Escolha o Tipo de Via

Escolher o tipo de via é uma decisão crucial que determina a máquina e equipamento que você pode precisar no processo de fabricação. Pode influenciar fortemente os custos envolvidos no processo, bem como o tempo.

Micro vias, por si só, reduzem o tempo e custos de fabricação reduzindo o número de camadas e materiais. No entanto, você deve escolher entre os diferentes tipos. Estes incluem near pad (perto do pad) ou via in pad (via no pad).

Assim, você deve escolher um que custe menos para você ou seu CM fabricar sem comprometer o desempenho elétrico do PCB HDI.

Dica nº 3 – Verifique Disponibilidade e Tamanho dos Componentes

Outro ponto a considerar é o número de componentes que você espera usar para PCB HDI. Lembre-se de que o objetivo número um do PCB HDI é reduzir custos e área de superfície. Você precisa garantir que sejam pequenos, baratos e o menor número possível.

Além disso, a forma como você posiciona seus componentes pode determinar o tamanho dos furos, larguras de trilhas e backups. No entanto, devemos considerar a disponibilidade e funcionalidade desses componentes. Caso contrário, você pode acabar redesenhando a placa inteira.

Dica nº 4 – Não Amontoe Componentes

Embora o design compacto possa forçar sua mão a colocar componentes próximos, você provavelmente deve evitar isso. Componentes de alta potência, especialmente, podem gerar Interferência Eletromagnética (EMI), que pode afetar a qualidade do sinal.

Além disso, capacitâncias e indutâncias de pads próximos podem afetar a qualidade do sinal e atrasar a transmissão. Portanto, recomendamos que você forneça espaço suficiente entre componentes.

Também garanta que todos os componentes sejam posicionados para distribuir os vias simetricamente pela superfície. Isso reduz o estresse, o que por sua vez previne empenamento.

Geralmente, o espaçamento entre os componentes deve ser:

Imagem 5: PCB HDI

Considere também a instalação e manutenção, para que os componentes sejam fáceis de soldar e retrabalhar posteriormente. Se estiverem muito próximos, as máquinas podem ter dificuldade em montá-los.

Dica nº 5 – Escolha um Design de Stackup

O tipo de stackup de PCB também pode determinar complicações no processo de fabricação. O número de laminação e ciclos de perfuração são fortemente afetados pelo tipo de materiais e número de camadas no design do stackup. Garanta que o que você escolher seja eficaz e econômico.

A melhor maneira de determinar o design mais eficiente é fazer um protótipo de PCB HDI. Saiba como eles podem ajudar você no próximo capítulo.

5. Protótipo de PCB HDI

Um Protótipo HDI é uma versão básica de um PCB HDI que você pode usar para testar vários designs. Você pode pedir ao seu CM para fabricar esses protótipos para você. Esses protótipos consistem em fiação de alta densidade que ajuda a reduzir o tamanho e o número de camadas.

Esses protótipos devem utilizar vias escalonadas, empilhadas, enterradas e cegas para que você possa determinar qual combinação funciona melhor. Além disso, o protótipo pode ajudar você a escolher o tamanho das vias e a proporção de aspecto mais eficiente.

Mas por que você deveria usar PCBs HDI? Avance para nosso próximo capítulo para descobrir os principais benefícios que os PCBs HDI oferecem.

Imagem 6: PCB HDI

6. Vantagens do PCB HDI

Existem inúmeros benefícios que um PCB HDI oferece. Estes incluem menor área de superfície, maior velocidade de transmissão, bem como alta frequência. Seu pequeno tamanho permite que sejam usados em dispositivos de alta tecnologia como computadores, telefones e consoles, etc.

Eles permitem inovação e miniaturização de produtos. Em resumo, apresentam os seguintes benefícios:

Menor Estresse Térmico

Como os componentes estão mais próximos em um PCB HDI, o calor não percorre longas distâncias. As distâncias menores entre os membros garantem que o calor seja expelido rapidamente antes de transferir para outros componentes.

Isso garante menor estresse térmico e aumenta a durabilidade do PCB.

Melhor Condutividade

O PCB HDI ajuda a garantir melhor condutividade devido a um grande número de micro vias. Estas são preenchidas com materiais condutivos que permitem transmissão mais fácil. Além disso, estas vias, sejam cegas ou via-in-pad, permitem que componentes sejam colocados muito próximos uns dos outros.

Isso, por sua vez, reduz a distância de transmissão entre dois componentes, e assim, aumenta significativamente o sinal.

Permite Miniaturização

Como PCBs HDI ajudam a reduzir significativamente o espaço na placa, eles podem ajudar você a projetar placas de circuito menores. Não apenas isso, mas permite reduzir o número de camadas, pois você pode criar circuitos em ambos os lados da placa. Assim, é fácil substituir um PCB de quatro camadas por um de duas camadas.

Além disso, as vias são tão delicadas e minúsculas. São mal visíveis. Isso ajuda a economizar muito espaço. Assim, isso garante que você possa fazer placas de circuito menores que cabem em dispositivos menores.

Imagem 7: PCB HDI

Redução no Consumo de Energia

A transmissão de um componente para o próximo pode perder muita energia. Felizmente, PCBs HDI permitem incorporar mais elementos com distâncias menores. Isso reduz perdas de energia e usa mais energia na operação real.

Além disso, leva a uma vida útil da bateria mais longa, o que é bastante desejável em dispositivos portáteis e menores.

Custo-Efetivo

Uma vantagem significativa da tecnologia de PCB HDI é que esses circuitos são relativamente custo-efetivos se projetados adequadamente. Devido a menos camadas e tamanhos menores.

Produção Mais Rápida

Como o foco principal é otimizar o design para reduzir custos e garantir maior produtividade, o produto é mais fácil de colocar todos os componentes, garantindo que o processo leve menos tempo, entre no mercado muito mais rápido. Garantimos que isso é suficiente para descobrir as vantagens do PCB HDI.

Principalmente, você encontrará PCBs HDI usados em múltiplas camadas chamadas stackups. Nosso próximo capítulo entra em detalhes sobre esses designs de stackup.

7. Stackup de PCB HDI

Como já mencionamos, HDIs consistem em múltiplas camadas interconectadas por micro vias. Elas trabalham juntas para formar conexões e impulsionar o sinal. Como você organiza essas camadas HDI em um PCB define o tipo de Stackup de PCB HDI. Você pode vislumbrar os tipos mais específicos acima em nossa seção de design de PCB HDI.

Imagem 8: PCB HDI

Geralmente, existem vários tipos de stackups de PCB HDI, alguns dos quais são:

0-N-0 – Microvia a Laser

Neste, o fabricante lamina o núcleo primeiro e depois perfura mecanicamente. Então, a perfuração mecânica é metalizada e atingida com laser para formar vias. Por fim, incluem o furo passante final.

1-N-1 – Microvia a Laser & Via Enterrada

O '1' representa a laminação sequencial que ocorre em ambos os lados do núcleo. Significa que existem duas camadas HDI em cada lado do corpo. O processo é similar ao acima, exceto que após a perfuração mecânica ser metalizada, uma camada interna é formada.

Esta camada de núcleo é então laminada por duas camadas adicionais para que a perfuração mecânica atue como via enterrada. Em seguida, uma perfuração a laser forma mais vias.

2-N-2 com Microvia

O '2' aqui representa duas camadas de laminação em cada lado do núcleo. Assim, você pode dizer que existem quatro camadas de cobre, então há um total de 6 camadas neste tipo.

Estes vários stackups fornecem vantagens diferentes em diferentes indústrias. Descubra o que PCBs HDI são capazes em nosso próximo capítulo.

8. Capacidade do PCB HDI

O PCB HDI é capaz de suportar inovação e produtos pequenos. É porque pode incorporar facilmente mais tecnologia em menos camadas. Celulares e smartphones iniciaram uma tendência de produtos mais finos e leves, o que só é possível graças a esta tecnologia inovadora de PCB.

Assim, você obtém produtos que pesam menos, realizam mais funções enquanto são extremamente pequenos em tamanho. Não apenas torna os produtos mais confortáveis de usar, mas também mais fáceis de fabricar. Eles utilizam materiais mais finos e leves que são mais fáceis de fabricar.

Em resumo, você obtém um PCB HDI de quatro camadas, que tem a mesma fiação da máscara de solda para evitar vazamento de componentes elétricos e térmicos. Certifique-se de discutir com seu fornecedor de PCB sobre as capacidades como a de um PCB padrão de oito camadas. Pode até realizar mais funções devido a componentes mais próximos, criando mais espaço para adições.

Você pode perguntar se é mais caro fabricar através de micro ou HDI. Bem, sim, requer design intrincado, bem como perfuração a laser, imagem a laser, tamponamento, etc. para fabricar um PCB HDI adequado. No entanto, componentes menores, materiais mais baratos e processos reduzem efetivamente os preços desses produtos. Então, você obtém um produto incrivelmente inovador a um preço menor.

Com a descoberta de tecnologia melhor a cada dia, PCBs HDI são usados de muitas maneiras. Estes são:

Imagem 9: PCB HDI

Equipamentos Médicos

As características técnicas e funcionalidade de equipamentos de diagnóstico e monitoramento viram um aumento com PCBs HDI. Garante melhor confiabilidade, crucial no campo da medicina.

Militar

PCBs HDI encontram uso em dispositivos de comunicação militar, bem como outros equipamentos.

Computadores e Smartphones

Chips GPU e CPU usam PCBs HDI para melhorar seu desempenho e garantir tamanho menor e peso mais leve.

Indústria Aeroespacial

A indústria aeroespacial se beneficia fortemente desses chips menores e mais leves.

PCBs HDI oferecem uma excelente chance para fabricantes maximizarem seus lucros. No entanto, existem vários fatores que você precisa considerar sobre Montagens de PCB HDI, que discutiremos no próximo capítulo.

9. Montagens de PCB HDI – O Surgimento de PCB Barato

A Montagem de PCBs HDI envolve uma variedade de processos únicos que utilizam equipamentos especiais. Estes podem incluir ciclos de laminação sequencial, bem como perfurações a laser de alta potência. Assim, se sua empresa de fabricação ou CM não tiver esses equipamentos incluídos, poderia aumentar um investimento adicional.

O custo total do PCB HDI mudará conforme a altura do stackup muda. Além disso, designers precisam considerar o valor dos materiais dos componentes, incluindo o preenchimento dentro das vias.

O material de cada camada de núcleo e o número de camadas também afetam o custo. Entre estes, fibra de vidro é a mais funcional e barata. Estas camadas podem determinar o número de camadas de laminação de cobre que a placa terá. Quanto mais camadas, maior será o custo.

Outro fator que você precisa considerar ao montar o produto é o espaço mínimo de traço. A principal conclusão é que, embora a fabricação de PCBs HDI possa ser cara, os custos podem ser minimizados no processo de design.

Portanto, designers e engenheiros eletrônicos precisam garantir que seu design corresponda às capacidades do CM. O PCB HDI pode ser, em última análise, mais barato que PCBs padrão, dependendo do design e materiais usados.

Imagem 10: PCB HDI

10. Conclusão

Em resumo, PCBs HDI resultam em melhores rendimentos e garantem desempenho ideal. No entanto, encontrar um fabricante que possa fornecer serviços confiáveis pode ser difícil. É aqui que nós, da WellPCB, entramos. Nossas capacidades de fabricação são abrangentes, e podemos facilmente fabricar protótipos de acordo com seus designs.

Nossos testes de confiabilidade determinam a qualidade de todos os produtos para garantir serviço satisfatório. Então, acesse nosso site e obtenha sua cotação agora!