Las placas de circuito impreso, o PCB, son como el cerebro de la electrónica. Unen por completo todas las piezas para garantizar un funcionamiento sin problemas. Con los años, estas placas de circuito impreso se han ido miniaturizando gradualmente.
¿A qué se debe esto? Como sabe, nuestro mundo moderno necesita dispositivos más pequeños, más rápidos y más potentes. Esto condujo razonablemente al desarrollo del diseño de PCB con IDH.
Este artículo suele destacar algunos parámetros críticos que se tienen en cuenta en el diseño de PCB de IDH. Si los entiende correctamente, podrá mejorar su diseño.
Cuando se trabaja con un fabricante de PCB HDI, también se puede hacer electrónica de alta calidad y fiable. En UETPCB, siempre nos aseguramos de que nuestros PCB se fabrican con los más altos estándares de calidad.
I. Visión general de los PCB de IDH y su importancia en la electrónica moderna
HDI son las siglas de High-Density Interconnect (interconexión de alta densidad). Como su nombre indica, estas placas de circuito impreso suelen ofrecer una mayor densidad de cableado por unidad de superficie.
Gracias a ello, puede procesar perfectamente más componentes en una placa más pequeña.
Para fabricar placas de circuito impreso de alta densidad se necesitan líneas y espacios más finos, vías más pequeñas y una mayor densidad de pastillas de conexión.
Las características críticas de las placas de circuito impreso HDI frente a las tradicionales son:
| Características | IDH PCB | PCB tradicional |
| Microvías | Muy pequeño | Más grande |
| Densidad | Mayor densidad de componentes | Menor densidad de componentes |
| Complejidad | Permite diseños compactos y complejos | Adecuado para diseños menos complejos |
| Apilamiento de capas | Varias capas | Menos capas |
| Relación de aspecto | Mayor relación de aspecto | Menor relación de aspecto |
| Materiales | Materiales de alta velocidad | FR4 como material estándar |
| Coste | Mayor coste inicial | Menor coste inicial |
En comparación con las placas de circuito impreso tradicionales, las de HDI ofrecen algunas ventajas únicas. Como se puede ver en la tabla anterior, los PCB tradicionales utilizan vías más grandes y líneas más gruesas.
Por ello, estas placas de circuito impreso ofrecen una menor densidad de cableado. Además, solo son adecuados para diseños sencillos.
Sin embargo, las placas de circuito impreso HDI son ideales para diseños compactos y complejos. Examinemos sus ventajas en aplicaciones de alta densidad.
- El diseño de placas de circuito impreso HDI permite incluir más componentes en una placa más pequeña. Gracias a ello, puedes disfrutar de mini dispositivos electrónicos.
- El mejor ejemplo son los dispositivos móviles. Es como llevar un ordenador en la palma de la mano. Además, destacan los relojes inteligentes, los auriculares ANC, los recortadores y los sensores, entre otros.
- Las rutas de señal más cortas reducen la latencia y mejoran la velocidad.
- Mejor gestión térmica y menor consumo de energía
II. Directrices de diseño de PCB de HDI: Buenas prácticas
¡Basta de introducción! Vayamos al tema principal.
Se utilizan varios parámetros para garantizar el mejor resultado en el diseño de PCB de IDH. Estos parámetros ayudan a garantizar un diseño complejo con un rendimiento óptimo.
Por lo tanto, debe seguir estos parámetros a la hora de diseñar una PCB HDI. Siguiendo nuestras directrices, también podrá superar diversos problemas en las placas de circuito impreso.
1. Consideraciones sobre la disposición
Las placas de circuito impreso de IDH pueden tener varios tipos de diseño. En el mundo moderno, como es sabido, a la gente le gusta utilizar aparatos electrónicos compactos. Por este motivo, es posible encontrar múltiples placas de circuitos con distintos tipos de diseño.
Cada tipo mejora la velocidad y el número de conexiones.
Los fabricantes de placas de circuito impreso HDI, como UETPCB, suelen utilizar estas disposiciones para reducir el espacio de las placas de circuito. Estas disposiciones también mejoran las funciones del circuito y, en última instancia, reducen el calor.
Acumulación secuencial generalmente densifica la placa capa por capa. Este enfoque es muy útil en el diseño de PCB HDI.
Vías apiladas necesitan perforar varias capas de la placa de circuito. El objetivo principal de esta perforación es crear conexiones verticales.
En el diseño de PCB de HDI, estas vías crean conexiones sólidas entre las capas.
Microvías son extremadamente pequeños en las placas de circuito impreso HDI. Suelen tener una relación de aspecto 1:1 y una profundidad de 0,01″ o pulgadas, lo que las hace perfectas para diseños de circuitos compactos.
2. Consideraciones materiales
Elegir un material adecuado para su placa de circuito impreso de IDH siempre es complicado. Sin embargo, resulta fácil si se siguen los pasos adecuados.
Tenga en cuenta algunos factores a la hora de seleccionar los materiales adecuados para las placas de circuito impreso. ¿Puede soportar el calor de funcionamiento? ¿Mantiene la pureza de la señal? ¿Es suficientemente duradero? Intente responder a todas estas preguntas.
Requisitos de funcionamiento y rendimiento
El primer paso en la selección de materiales es determinar las necesidades de rendimiento. En este caso, hay que conocer la frecuencia de funcionamiento y la pérdida de señal.
La frecuencia de funcionamiento es la frecuencia a la que funciona un dispositivo. La frecuencia se puede medir en varias unidades: hercios (Hz), gigahercios (GHz) o gigabytes por segundo (Gbps). Por lo general, indica la facilidad con que una señal oscila o realiza ciclos dentro del sistema.
Por otro lado, la pérdida de señal es la reducción de la intensidad de la señal a medida que viaja a través de un medio en un circuito. Suele medirse en decibelios (dB).
La constante dieléctrica Dk y la pérdida de tangencia Df son factores cruciales que debes tener en cuenta.
Por tanto, elija un material con Df bajo y Dk estable. En efecto, estos dos parámetros garantizan el rendimiento óptimo del circuito. La elección correcta garantiza la menor pérdida de señal.
| Velocidad del circuito | Materiales recomendados |
| Velocidad normal | FR370HREl Nelco N7000-2HTy el EM-827 o el EM-370 |
| Velocidad moderada | FR408HR |
| Alta velocidad | Megtrone6, EM-528 e I-Tera MT40 |
Propiedades de los materiales (térmicas, eléctricas, mecánicas, químicas y de fabricación)
A continuación, evalúe las propiedades térmicas del material. En este caso, comprueba la temperatura máxima nominal.
Tenga en cuenta que la temperatura de trabajo aumenta a medida que lo hace la densidad.
Temperatura de trabajo µ Densidad del componente
Las propiedades eléctricas también son cruciales en el diseño de placas de circuito impreso de alta densidad. Los valores estables de Dk y bajo Df son esenciales para mantener la integridad de la señal a altas velocidades.
Sus cualidades mecánicas garantizan que pueda soportar las tensiones durante la fabricación de placas de circuito impreso de alta densidad.
En este caso, puede considerar la resistencia a la flexión y a la tracción.
Otro factor crítico es la fabricabilidad.
El material elegido debe ser compatible con los procesos de fabricación estándar. ¿Es el material rentable? ¿O es fácil de conseguir?
Relación de aspecto
Al fabricar una placa de circuito impreso de alta densidad, la relación de aspecto suele ser la relación entre el diámetro de la vía y el grosor del material de la placa.
La anchura del material afecta técnicamente a la relación de aspecto. También influye en la eficacia del sistema eléctrico y en la facilidad para crear líneas de señalización.
3. Vía Diseño
Las vías suelen desempeñar un papel crucial en las normas de diseño de placas de circuito impreso. Son los diminutos orificios que conectan las distintas capas de la placa.
También ayudan a instalar diversos componentes en la placa de circuito impreso. Existen cuatro tipos diferentes de vías:
PTH o vías pasantes chapadasrecorre toda la placa de circuito impreso. Suele conectar las capas de arriba a abajo.
La profundidad del PTH es en realidad el grosor de la placa de circuito.
Microvíasson vías diminutas que se utilizan en diseños de interconexión de alta densidad.
Suelen ofrecer una mayor flexibilidad de enrutamiento. Suelen encontrarse en las placas de circuito impreso HDI.
Vías ciegas conectan la capa exterior con una o varias capas interiores. No penetra en todo el tablero.
Por último, el vías enterradas conectan las capas internas. Normalmente no llegan a las capas externas.
Colocar las vías en el lugar adecuado es una de las partes cruciales del diseño de placas de circuito impreso de alta densidad.
Técnicamente, determina el encaminamiento eficaz y el mejor rendimiento. Por lo tanto, cuando se trata de esto, se puede considerar la calidad de la señal, lo fácil que es hacer, y cuánto va a costar.
Relación de aspecto de las vías
La relación de aspecto de las vías es su relación profundidad-diámetro. Los fabricantes de placas de circuito impreso HDI, como UETPCB, utilizan siempre relaciones estándar para cada placa.
Sin embargo, una mayor relación de aspecto significa un agujero más profundo en relación con su anchura. En el caso de las microvías, la relación de aspecto típica es de 1:1 o inferior. Según los expertos, 0,75:1 suele ser adecuado para el metalizado.
La relación de aspecto de las vías enterradas suele estar entre 1:1 y 6:1, mientras que la de las vías ciegas puede oscilar entre 1:1 y 1:4.
Tenga en cuenta que la relación de aspecto correcta siempre garantiza un chapado y taladrado adecuados.
4. Anchura y espaciado del trazo
La anchura de las pistas de una placa de circuito impreso indica la anchura de las vías conductoras. Por otro lado, el espaciado es la distancia entre estas trazas.
Ambos son importantes para la pureza y fiabilidad de la señal.
La anchura mínima de la traza viene determinada por la potencia que puede transportar y la calidad de su fabricación.
Las resistencias más bajas suelen significar que la corriente fluye más libremente a través de trazas más anchas.
La fórmula general para calcular la anchura de la traza es la siguiente:
Según IPC-2221, 【k b c】 = 【0,024 0,44 0,725】 para capas internas y 【k b c】 = 【0,048 0,44 0,725】 para capas externas.
Por ejemplo, según IPC-2221, hay tres clases de electrónica. Las placas de circuito impreso de clase 2 y 3 deben tener una separación entre trazas de 0,25 mm o 10 milímetros para baja tensión y de 0,5 mm o 20 milímetros para alta tensión.
El ancho de línea y el espaciado exactos dependen de tus necesidades. Por lo tanto, conoce las necesidades de tu proyecto, cómo se utilizará y la velocidad a la que lo manejará tu dispositivo.
5. Consideraciones sobre el apilamiento de capas de IDH
En el diseño de PCB de IDH, el apilamiento de capas es muy importante. Se trata de cómo se disponen y secuencian las capas eléctricas y aislantes en la placa de circuito impreso.
Esta configuración es crucial para averiguar lo bien que funciona la señal.
Cuatro partes diferentes componen un apilamiento de capas estándar. La capa base de la placa de circuito impreso se denomina capa central.
Los preimpregnados son trozos de tela de fibra de vidrio que ya llevan resina. Las capas de cobre conducen la electricidad. Por último, varios tipos de vías conectan las distintas capas del circuito impreso.
Tipos de apilamiento de capas de IDH
Existen tres tipos principales de apilamiento de capas de IDH. El TIPO I es el más sencillo, con una relación de aspecto inferior a 10.
Incluye una capa de microvías a cada lado del núcleo. Este tipo se utiliza con vías pasantes y microvías, pero no con vías enterradas. El tipo I es adecuado para diseños de complejidad baja a moderada.
El apilamiento de IDH de TIPO II utiliza PTH, microvías y vías enterradas. Las vías enterradas conectan las capas internas, mientras que las microvías conectan las capas externas.
Esta configuración admite interconexiones de mayor densidad. El TIPO II es ideal para componentes electrónicos más complejos y ofrece un mejor rendimiento eléctrico.
El apilamiento de IDH de TIPO III es la configuración más avanzada. Suele incluir varias capas de microvías, vías enterradas y vías pasantes.
Para tu información: puedes utilizar el apilamiento de capas TIPO III para obtener la mayor densidad de interconexión.
6. Laminación secuencial
La laminación secuencial es un proceso crítico en la fabricación de PCB de HDI. Construye la placa de circuito impreso de HDI en varias etapas, cada una de las cuales implica la estratificación de materiales y su curado paso a paso.
Este método crea gradualmente estructuras complejas. En cada capa se van añadiendo microvías, vías ciegas y vías enterradas.
¿Por qué es necesaria la laminación secuencial para la tecnología HDI? En primer lugar, ofrece más circuitos por pulgada cuadrada/mm para trabajar con más piezas que las placas de circuito impreso normales.
En segundo lugar, proporciona un mejor enrutamiento de la señal, lo que hace que el dispositivo sea más fiable.
En el diseño de PCB de IDH, debe planificar cuidadosamente este método para garantizar la calidad del producto final.
7. Control de impedancia de PCB HDI
Si conoce el funcionamiento de la electricidad, sabrá lo que es la resistencia. En las placas de circuito impreso pueden darse situaciones similares; es lo que se denomina impedancia.
La definición dice que la resistencia de un circuito impreso al flujo de corriente alterna en un circuito se conoce como impedancia. Suele medirse en Ohmios.
Suele combinar resistencia capacitiva, indicativa y media.
Varios factores pueden afectar a esta impedancia. Algunos de los factores más comunes son:
- La anchura del trazado es el principal factor que afecta a la impedancia de la placa de circuito impreso. Una mayor anchura de traza garantiza una menor impedancia/resistencia.
- El espacio de las trazas también es esencial en este caso. Ten en cuenta que las trazas más estrechas provocan acoplamiento capacitivo. El flujo de electricidad de una traza a otra se denomina acoplamiento capacitivo.
- El grosor del cobre también es fundamental en este caso. En general, la resistencia disminuye cuando el cobre es más grueso.
- La impedancia aumenta con el grosor de las capas aislantes. Por el contrario, los valores dieléctricos más altos conducen a una impedancia más baja.
- Por último, el diferente apilamiento de capas también modifica la impedancia de la placa de circuito impreso.
8. Técnicas de alimentación y tierra
Las líneas de alimentación y tierra también son cruciales en el diseño de PCB HDI. Su función principal es proporcionar conexiones eléctricas estables.
Hacer que las líneas de alimentación y tierra sean cortas y anchas puede reducir el ruido. Esto suele reducir tanto la resistencia como la inducción.
También puedes colocar condensadores de desacoplamiento cerca de los pines de alimentación. Lo que hace es asegurar suavizar las fluctuaciones de voltaje.
Como usted sabe, las normas de diseño de PCB tienen varios tipos de GND. Puede seguir varias técnicas cuando conecte a tierra un PCB HDI. FYI: Los tipos específicos de GND dependen del diseño de su PCB.
En la mayoría de los casos, se utilizan planos de tierra sólidos. Suelen proporcionar una vía de baja impedancia para las corrientes de retorno.
9. Densidad y colocación de componentes
Como ya sabe, el diseño de PCB HDI ofrece una alta densidad de componentes. Por tanto, la ubicación y gestión adecuadas son cruciales para obtener los mejores resultados.
Al juntar las piezas, puedes pensar en cuatro cosas principales.
Espacio
En el diseño de PCB de IDH, el uso eficiente del espacio es realmente importante. Como sabes, las placas de circuito impreso HDI permiten instalar más componentes en menos espacio.
Para conseguirlo, puede utilizar trazas y vías más estrechas. Sin embargo, debes seguir las normas de diseño de PCB adecuadas en lo que respecta a la anchura y separación de las trazas.
Debes colocar los componentes estratégicamente para minimizar el espacio desperdiciado. Técnicamente, ayuda a mantener la PCB más pequeña.
Pureza de la señal
A continuación, mantener la pureza de la señal puede resultar difícil. Pero no se preocupe. Si sigues las reglas de diseño de PCB adecuadas, podrás eliminar fácilmente este problema.
Ya sabes que los trayectos de señal más cortos implican menos pérdida de señal y retardo. Por tanto, debes tener cuidado con el encaminamiento de las señales de alta velocidad.
Puedes utilizar pares diferenciales y trazas de impedancia controlada. En este caso también son cruciales unas técnicas adecuadas de alimentación y puesta a tierra.
Gestión térmica
Como sabe, las placas de circuito impreso densas generan más calor. Por lo tanto, debe garantizar una gestión térmica eficaz. Las vías térmicas, los disipadores y las almohadillas térmicas pueden ayudar a disipar el calor.
Complejidad de la fabricación
Los diseños de alta densidad pueden ser más complejos de fabricar. Se puede equilibrar la complejidad con la fabricabilidad.
Tenga en cuenta que los procesos y materiales de fabricación estándar pueden reducir los costes. En UETPCB, mantenemos la última tecnología para hacer cada PCB.
Por ello, ofrecemos a nuestros clientes el mejor precio en comparación con otros fabricantes de PCB HDI.
III. Técnicas de diseño de IDH para mantener la integridad de la señal
Es posible que se encuentre con algunos problemas al diseñar PCB de IDH. Los cinco problemas siguientes son los más comunes.
- Los múltiples niveles de señal y componentes dificultan el enrutamiento.
- Variaciones en la longitud de las trazas
- Es un reto mantener una resistencia constante
- Calentamiento localizado, que podría dañar las piezas
Para superar estos problemas, puedes seguir algunas técnicas. Expertos de todo el mundo recomiendan estas técnicas.
- Utilizar materiales con Dk estable y bajo factor de disipación Df.
- Coloque siempre las capas de señal entre planos GND.
- Utilice el método de terminación correcto para evitar desajustes de impedancia.
- Coloca las microvías cerca de las almohadillas de señal. Reduce la reflexión de la señal.
- Coloca condensadores de desacoplamiento cerca de las clavijas principales de alimentación. Suele garantizar la pureza de la alimentación.
- Para reducir la diafonía, coloca líneas de guarda entre las señales de alta velocidad.
- Blindaje y conexión a tierra eficaces
- Utilice las vías de disipación de calor para liberar el calor de la placa de circuito impreso.
- Mantenga siempre una distancia con el borde al instalar los componentes. La distancia recomendada es de λ/10.
- Asegúrese siempre de que las longitudes de las trazas sean iguales.
IV. HDI BGA Breakout & Fanout
BGA breakout & fanout son las conexiones de enrutamiento desde un BGA al resto de la placa de circuito impreso. BGA son las siglas de Ball Grid Array.
Las técnicas de microvías y via-in-pad suelen ser dos tácticas efectivas de ruptura de BGA.
Por lo general, pueden utilizarse para gestionar el espacio y mantener la pureza de la señal. En el caso de los BGA de gran número de patillas, se pueden utilizar otras técnicas, como el fanout dogbone o las vías escalonadas.
V. Estrategias avanzadas de encaminamiento
Las técnicas avanzadas de encaminamiento son siempre esenciales a la hora de diseñar una placa de circuito impreso de alta densidad. Ayudan a gestionar diseños complejos y suelen mejorar el rendimiento de la placa de circuito impreso.
1. Via-in-Pads
Las pastillas Via-In están integradas directamente en las pastillas de los componentes. Por lo general, este método ahorra espacio y refuerza la señal.
Sin embargo, su fabricación puede resultar complicada. Para evitar problemas de soldadura, es esencial rellenar y chapar correctamente las vías.
Los Via-in-Pads también contribuyen a la gestión térmica. Técnicamente, disipa el calor a través de las vías.
2. Abanico Dogbone
Esta estrategia dirige las señales de los paquetes BGA a otras ubicaciones de la placa de circuito impreso. En esta estrategia, las trazas cortas conectan los pads BGA a las vías.
Esta técnica simplifica principalmente el enrutamiento y reduce la longitud de la ruta de señal. Suele ser adecuada para mantener la integridad de la señal y gestionar BGAs con un elevado número de pines.
3. Estructuras de bulevar
Esta estrategia crea rutas especialmente para las señales críticas. Separa principalmente las señales sensibles de las ruidosas.
La estructura Boulevard es especialmente idónea para diseños de alta velocidad. Esta estrategia puede utilizarse en placas de circuito impreso en las que la pureza de la señal es la principal preocupación.
En general, puede utilizar esta técnica mediante trazos anchos o microstrips.
VI. Normas IPC para PCB
El cumplimiento de las normas es siempre necesario en la fabricación. Por ello, siempre se utiliza una norma común para todos los países.
Las normas IPC son básicamente para dispositivos electrónicos. IPC-2221, -6012, -4101 y -7351 son las más comunes en la fabricación de placas de circuito impreso.
Puede seguir IPC-2221 para diseños generales, y para funciones de PCB, siga IPC-6012. Sin embargo, IPC-4101 habla de materiales, e IPC-7351 define el diseño del patrón de tierra.
Siga siempre las normas IPC cuando trabaje con diseño de PCB HDI. Por lo tanto, cuando usted trata con un fabricante de PCB HDI, siempre asegúrese de que tienen estas licencias.
VII. Póngase en contacto con nosotros
Si tiene alguna pregunta, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Nuestro equipo de expertos está siempre a su disposición para ayudarle con todas sus necesidades de diseño de PCB de HDI. Así que, tanto si tiene preguntas como si necesita asesoramiento, nuestro equipo de expertos siempre estará encantado de ofrecerle una solución.