Placas de circuito impresso, ou PCBs, são como o cérebro da eletrônica. Eles unem inteiramente todas as peças para garantir um funcionamento suave. Ao longo dos anos, essas placas PCB tornaram-se gradualmente miniaturizadas.
O que levou a isso? Como você sabe, nosso mundo moderno precisa de dispositivos menores, mais rápidos e mais potentes. Isso levou razoavelmente ao desenvolvimento do design de PCB HDI.
Este artigo normalmente destaca alguns parâmetros críticos considerados no projeto de PCB HDI. Se você os entender corretamente, poderá melhorar seu design.
Ao trabalhar com um fabricante de PCB HDI, você também pode fabricar eletrônicos confiáveis e de alta qualidade. Na UETPCB, sempre garantimos que nossos PCBs sejam fabricados de acordo com os mais altos padrões de qualidade.
I. Visão geral do HDI PCB e sua importância na eletrônica moderna
HDI significa Interconexão de alta densidade. Como o nome sugere, esses PCBs geralmente oferecem maior densidade de fiação por unidade de área.
Por causa disso, você pode processar perfeitamente mais componentes em uma placa menor.
Para fazer PCBs HDI, você precisa de linhas e espaços mais finos, vias menores e maior densidade de conexão.
As características críticas dos PCBs HDI versus PCBs tradicionais são:
| Particularidades | PCB HDI | PCB tradicional |
| Microvias | Muito pequeno | Maior |
| Densidade | Maior densidade de componentes | Menor densidade de componentes |
| Complexidade | Permitir projetos compactos e complexos | Adequado para projetos menos complexos |
| Empilhamento de camadas | Múltiplas camadas | Menos camadas |
| Proporção da tela | Proporção de aspecto mais alta | Proporção inferior |
| Materiais | Materiais de alta velocidade | FR4 como materiais padrão |
| Custo | Custo inicial mais alto | Menor custo inicial |
Quando comparados aos PCBs tradicionais, os PCBs HDI oferecem alguns benefícios exclusivos. Como você pode ver na tabela acima, os PCBs tradicionais usam vias maiores e linhas mais grossas.
Por causa disso, esses PCBs fornecem uma densidade de fiação mais baixa. Além disso, eles são adequados apenas para designs simples.
No entanto, os PCBs HDI são ideais para projetos compactos e complexos. Vamos examinar seus benefícios em aplicações de alta densidade.
- O design HDI PCB permite mais componentes em uma placa menor. Por causa disso, você pode desfrutar de mini dispositivos eletrônicos.
- O melhor exemplo são os dispositivos móveis. É como carregar um computador na palma da mão. Além disso, merecem destaque relógios inteligentes, fones de ouvido ANC, aparadores, sensores e muito mais.
- Caminhos de sinal mais curtos reduzem a latência e melhoram a velocidade.
- Melhor gerenciamento térmico e menor consumo de energia
II. Diretrizes de design de PCB HDI: melhores práticas
Chega de introdução! Vamos ao assunto principal.
Vários parâmetros são usados para garantir o melhor resultado no projeto de PCB HDI. Esses parâmetros ajudam a garantir um projeto complexo com desempenho ideal.
Portanto, você deve seguir estes parâmetros ao projetar uma PCB HDI. Seguindo nossas orientações, você também pode superar vários problemas em placas de circuito.
1. Considerações sobre layout
Os PCBs HDI podem ter vários tipos de layout. No mundo moderno, como você sabe, as pessoas gostam de usar aparelhos eletrônicos compactos. Por causa disso, você pode encontrar várias placas de circuito com diversos tipos de layout.
Cada tipo melhora a velocidade e o número de conexões.
Os fabricantes de PCB HDI, como UETPCB, geralmente usam esses layouts para reduzir o espaço nas placas de circuito. Esses layouts também melhoram as funções do circuito e, eventualmente, reduzem o calor.
Acúmulo sequencial geralmente densifica a placa camada por camada. Essa abordagem é praticamente útil no projeto de PCB HDI.
Vias empilhadas precisa perfurar várias camadas da placa de circuito. O objetivo principal desta perfuração é criar conexões verticais.
No design de PCB HDI, você descobrirá que essas vias criam conexões sólidas entre as camadas no design de PCB HDI.
Microvias são extremamente pequenos em PCBs HDI. Eles geralmente têm uma proporção de 1:1 e uma profundidade de 0.01″ ou polegadas, tornando-os perfeitos para layouts compactos de placas de circuito.
2. Considerações materiais
Escolher um material adequado para seu PCB HDI é sempre complicado. No entanto, fica fácil quando você segue as etapas adequadas.
Considere alguns fatores ao selecionar materiais de PCB adequados. Ele aguenta o calor operacional? Mantém a pureza do sinal? É durável o suficiente? Tente descobrir todas essas questões.
Requisito de operação e desempenho
O primeiro passo na seleção de materiais é determinar as necessidades de desempenho. Neste caso, aprenda a frequência operacional e a perda de sinal.
A frequência operacional é a frequência na qual um dispositivo funciona. Você pode medir a frequência em várias unidades, Hertz (Hz), Gigahertz (GHz) ou Gigabytes por segundo (Gbps). Geralmente indica a rapidez com que um sinal oscila ou circula dentro do sistema.
Por outro lado, a perda de sinal é a redução na intensidade do sinal à medida que ele viaja através de um meio em um circuito. Normalmente é medido em decibéis (dB).
A const dielétrica Dk e a perda da tangente Df são fatores cruciais que você deve considerar.
Portanto, escolha um material com baixo Df e Dk estável. Na verdade, estes dois parâmetros garantem o desempenho ideal do circuito. A escolha certa garante a menor perda de sinal.
| Velocidade do Circuito | Materiais Recomendados |
| Velocidade normal | FR370HR, Nelco N7000-2HT e o EM-827 ou EM-370 |
| Velocidade moderada | FR408HR |
| High Speed | Megtrone6, EM-528 e I-Tera MT40 |
Propriedades do material (térmico, elétrico, mecânico, químico e capacidade de fabricação)
A seguir, avalie as propriedades térmicas do material. Neste caso, verifique a classificação de temperatura máxima.
Tenha em mente que a temperatura de trabalho aumenta à medida que a densidade aumenta.
Temperatura de trabalho µ Densidade do componente
As propriedades elétricas também são cruciais no projeto de PCB HDI. Valores estáveis de Dk e baixos de Df são essenciais para manter a integridade do sinal em altas velocidades.
As qualidades mecânicas garantem que ele possa lidar com as tensões durante a fabricação de PCB HDI.
Neste caso, você pode considerar a resistência à flexão e à tração.
Outro fator crítico é a capacidade de fabricação.
O material escolhido deve ser compatível com os processos de fabricação padrão. O material é econômico? Ou está prontamente disponível?
Proporção da tela
Ao fazer um PCB HDI, a proporção de aspecto geralmente é a relação entre o diâmetro da via e a espessura do material do PCB.
A largura do material afeta tecnicamente a proporção. Também afeta a eficiência do sistema elétrico e a facilidade de criação de linhas de sinal.
3. Através do Design
As vias normalmente desempenham um papel crucial nas regras de design de PCB. São os pequenos orifícios que conectam as diferentes camadas da placa.
Eles também ajudam na instalação de vários componentes no PCB. Existem quatro tipos diferentes de vias:
PTH, ou Vias de Furo Passante Chapeado, percorre todo o PCB. Geralmente conecta camadas de cima para baixo.
A profundidade do PTH é na verdade a espessura da placa de circuito.
Microvias, por outro lado, são pequenas vias usadas em projetos de interconexão de alta densidade.
Eles geralmente oferecem melhor flexibilidade de roteamento. Muitas vezes você pode encontrá-los em PCBs HDI.
Vias cegas conecte a camada externa a uma ou mais camadas internas. Não penetra em toda a placa.
Finalmente, o vias enterradas conecte as camadas internas. Geralmente não atingem as camadas externas.
Colocar as vias no local certo é uma das partes cruciais do design do HDI PCB.
Ele determina tecnicamente o roteamento eficaz e o melhor desempenho. Portanto, ao lidar com isso, você pode considerar a qualidade do sinal, quão fácil é fazer e quanto custará.
Proporção de Aspecto para Vias
A relação de aspecto das vias é a relação entre profundidade e diâmetro. Os fabricantes de PCB HDI, como UETPCB, sempre usam proporções padrão para cada placa.
No entanto, uma proporção mais alta significa um furo mais profundo em relação à sua largura. Para microvias, uma proporção típica é 1:1 ou inferior. De acordo com especialistas, 0.75:1 é geralmente adequado para revestimento.
A proporção das vias enterradas é geralmente entre 1:1 e 6:1, enquanto a das vias cegas pode variar de 1:1 a 1:4.
Observe que a proporção correta sempre garante revestimento e perfuração adequados.
4. Largura e espaçamento do traço
A largura do traço de uma PCB mostra a largura dos caminhos condutores. Por outro lado, o espaçamento é a distância entre esses traços.
Ambos são importantes para a pureza e confiabilidade do sinal.
A largura mínima do traço é determinada pela quantidade de energia que ele pode transportar e quão bem pode ser feito.
Resistências mais baixas geralmente significam que a corrente flui mais livremente através de traços mais largos.
A fórmula geral para calcular a largura do traço é a seguinte:
De acordo com IPC-2221, 【kbc】 = 【0.024 0.44 0.725】 para camadas internas e 【kbc】 = 【0.048 0.44 0.725】 para camadas externas.
Por exemplo, de acordo com o IPC-2221, existem três classes de eletrônicos. PCB de classe 2 e 3 deve ter um espaçamento entre traços de 0.25 mm ou 10 mil para baixa tensão e 0.5 mm ou 20 mil para alta tensão.
A largura e o espaçamento exatos da linha dependem de suas necessidades. Portanto, conheça as necessidades do seu projeto, como ele será utilizado e com que rapidez seu dispositivo irá lidar com isso.
5. Considerações sobre empilhamento de camadas HDI
No projeto de PCB HDI, o empilhamento de camadas é muito importante. É como as camadas elétricas e isolantes são organizadas e sequenciadas no PCB.
Esta configuração é crucial para descobrir quão bem o sinal funciona.
Quatro partes diferentes constituem um empilhamento de camadas padrão. A camada base do PCB é chamada de camada central.
Pré-impregnados são pedaços de tecido de fibra de vidro que já contêm resina. Camadas de cobre conduzem eletricidade. Por último, vários tipos de vias ligam diferentes camadas do PCB.
Tipos de empilhamentos de camadas HDI
Existem três tipos principais de empilhamentos de camadas HDI. TIPO I é o mais simples, com proporção inferior a 10.
Inclui uma camada de microvias em cada lado do núcleo. Este tipo é usado com vias de passagem e microvias, mas não com vias enterradas. O Tipo I é adequado para projetos de complexidade baixa a moderada.
O empilhamento HDI TIPO II usa PTH, microvias e vias enterradas. As vias enterradas conectam as camadas internas, enquanto as microvias conectam as camadas externas.
Esta configuração suporta interconexões de maior densidade. O TIPO II é ideal para eletrônicos mais complexos e oferece melhor desempenho elétrico.
O empilhamento HDI TIPO III é a configuração mais avançada. Geralmente inclui múltiplas camadas de microvias, vias enterradas e vias de passagem.
Para sua informação: você pode usar o empilhamento de camadas TIPO III para obter a maior densidade de interconexão.
6. Laminação Sequencial
A laminação sequencial é um processo crítico na fabricação de PCB HDI. Ele constrói o HDI PCB em vários estágios, cada um envolvendo camadas de materiais e curando-os uma etapa de cada vez.
Este método cria gradualmente estruturas complexas. Em cada camada, microvias, vias cegas e vias enterradas são adicionadas continuamente.
Por que a laminação sequencial é necessária para a tecnologia HDI? Primeiro, ele oferece mais circuitos por polegada quadrada/mm para trabalhar com mais peças do que PCBs normais.
Em segundo lugar, proporciona melhor roteamento de sinal, tornando o dispositivo mais confiável.
No projeto de PCB HDI, você deve planejar cuidadosamente esse método para garantir a qualidade do produto final.
7. Controle de impedância HDI PCB
Se você sabe como funciona a eletricidade, talvez saiba o que é resistência. Situações semelhantes podem ocorrer em PCB; isso é chamado de impedância.
A definição diz que a resistência de uma PCB ao fluxo de corrente alternada em um circuito é conhecida como impedância. Muitas vezes é medido em Ohms.
Normalmente combina resistência capacitiva, indicativa e média.
Vários fatores podem afetar esta impedância. Alguns fatores mais comuns são:
- A largura do traço é o principal fator que afeta a impedância do PCB. Uma largura de traço mais ampla garante menor impedância/resistência.
- O espaço de rastreamento também é essencial aqui. Tenha em mente que traços mais apertados causam acoplamento capacitivo. O fluxo de eletricidade de um traço para outro é chamado de acoplamento capacitivo.
- A espessura do cobre também é crítica aqui. Em geral, a resistência diminui quando o cobre é mais espesso.
- A impedância aumenta à medida que as camadas isolantes se tornam mais espessas. Valores dielétricos mais altos, por outro lado, levam a uma impedância mais baixa.
- Finalmente, o empilhamento de diferentes camadas também altera a impedância do PCB.
8. Técnicas de Potência e Solo
As linhas de energia e aterramento também são cruciais no projeto de PCB HDI. Sua principal função é fornecer conexões elétricas estáveis.
Tornar as linhas de energia e terra curtas e largas pode reduzir o ruído. Isso geralmente reduz a resistência e a indução.
Você também pode colocar capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação. O que ele faz é garantir a suavização das flutuações de tensão.
Como você sabe, as regras de design de PCB possuem vários tipos de GND. Você pode seguir várias técnicas ao aterrar a PCB HDI. Para sua informação: Os tipos específicos de GND dependem do design do seu PCB.
Na maioria dos casos, são usados planos de aterramento sólido. Normalmente fornece um caminho de baixa impedância para correntes de retorno.
9. Densidade e posicionamento dos componentes
Como você sabe, o design HDI PCB oferece alta densidade de componentes. Portanto, a localização e o gerenciamento corretos são cruciais para obter os melhores resultados.
Ao juntar as peças, você pode pensar em quatro coisas principais.
Espaço (Space)
No design de PCB HDI, o uso eficiente do espaço é realmente importante. Como você sabe, os PCBs HDI permitem mais componentes em uma área menor.
Para conseguir isso, você pode usar traços e vias mais estreitos. No entanto, você deve seguir as regras adequadas de design de PCB ao lidar com larguras e espaçamentos de traços.
Você deve colocar os componentes estrategicamente para minimizar o desperdício de espaço. Tecnicamente, ajuda a manter o PCB menor.
Pureza do Sinal
Além disso, pode ser difícil manter a pureza do sinal. Mas não se preocupe! Se você seguir as regras adequadas de design de PCB, poderá eliminar facilmente esse problema.
Você já sabe que caminhos de sinal mais curtos significam menos perda e atraso de sinal. Portanto, você deve ter cuidado ao rotear sinais de alta velocidade.
Você pode usar pares diferenciais e traços de impedância controlada. Técnicas adequadas de alimentação e aterramento também são cruciais neste caso.
Gerenciamento térmico
Como você sabe, PCBs densos geram mais calor. Portanto, você deve garantir um gerenciamento térmico eficaz. Vias térmicas, dissipadores de calor e almofadas térmicas podem ajudar a dissipar o calor.
Complexidade de fabricação
Projetos de alta densidade podem ser mais complexos de fabricar. Você pode equilibrar complexidade com capacidade de fabricação.
Observe que processos e materiais de fabricação padrão podem reduzir custos. Na UETPCB mantemos a tecnologia mais recente para a fabricação de cada PCB.
Por isso, oferecemos aos nossos clientes o melhor preço em comparação com outros fabricantes de PCB HDI.
III. Técnicas de projeto HDI para manter a integridade do sinal
Você pode encontrar alguns problemas ao projetar PCBs HDI. Os cinco problemas abaixo são os mais comuns.
- Vários níveis e componentes de sinal tornam o roteamento mais difícil.
- Variações no comprimento do traço
- É um desafio manter uma resistência constante
- Aquecimento localizado, que pode danificar peças
Para superar esses problemas, você pode seguir algumas técnicas. Especialistas em todo o mundo recomendam essas técnicas.
- Use materiais com Dk estável e baixo fator de dissipação Df.
- Sempre coloque as camadas de sinal entre os planos GND.
- Use o método de terminação correto para evitar incompatibilidades de impedância.
- Coloque as microvias perto dos painéis de sinalização. Reduz a reflexão do sinal.
- Coloque capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação principais. Normalmente garante a pureza do poder.
- Para reduzir a diafonia, coloque linhas de proteção entre os sinais de alta velocidade.
- Blindagem e aterramento eficazes
- Use as vias de dissipação de calor para liberar o calor do PCB
- Mantenha sempre distância da borda ao instalar os componentes. A distância recomendada é λ/10.
- Sempre garanta comprimentos de traço iguais.
4. Breakout e Fanout HDI BGA
Breakout e fanout BGA são as conexões de roteamento de um BGA para o resto do PCB. BGA significa Matriz de Grade de Bola.
As técnicas de micro-vias e via-in-pad são geralmente duas táticas eficazes de fuga de BGA.
Geralmente você pode usá-los para gerenciar espaço e manter a pureza do sinal. Para BGAs com alta contagem de pinos, você pode usar outras técnicas, como dogbone fanout ou vias escalonadas.
V. Estratégias avançadas de roteamento
Técnicas avançadas de roteamento são sempre essenciais ao projetar uma PCB HDI. Eles ajudam a gerenciar layouts complexos e geralmente melhoram o desempenho do PCB.
1. Via-in-Pads
Os pads Via-in são integrados aos pads dos componentes. Essa abordagem geralmente economiza espaço e fortalece o sinal.
No entanto, pode ser um desafio fabricar. Para evitar problemas de solda, é essencial preencher e galvanizar as vias corretamente.
Os Via-in-pads também ajudam no gerenciamento térmico. Tecnicamente, dissipa o calor através das vias.
2. Fanout de osso de cachorro
Esta estratégia roteia sinais de pacotes BGA para outros locais de PCB. Nesta estratégia, traços curtos conectam os pads BGA às vias.
Esta técnica simplifica principalmente o roteamento de fuga e reduz o comprimento do caminho do sinal. Geralmente é adequado para manter a integridade do sinal e gerenciar BGAs com alta contagem de pinos.
3. Estruturas de Boulevard
Esta estratégia cria especialmente caminhos para sinais críticos. Ele separa principalmente os sinais sensíveis dos ruidosos.
A estrutura Boulevard é especialmente ideal para projetos de alta velocidade. Esta estratégia pode ser usada em PCBs onde a pureza do sinal é a principal preocupação.
Geralmente você pode usar essa técnica por traços largos ou microtiras.
VI. Padrões IPC para PCB
O cumprimento dos padrões é sempre necessário na fabricação. Portanto, um padrão comum é sempre utilizado para todos os países.
Os padrões IPC são basicamente para dispositivos eletrônicos. IPC-2221, -6012, -4101 e -7351 são os mais comuns na fabricação de PCB.
Você pode seguir o IPC-2221 para projetos gerais e, para funções de PCB, seguir o IPC-6012. No entanto, o IPC-4101 fala sobre materiais e o IPC-7351 define o projeto do padrão do terreno.
Sempre siga os padrões IPC ao trabalhar com design de PCB HDI. Portanto, ao lidar com um fabricante de PCB HDI, certifique-se sempre de que ele tenha essas licenças.
VII. Contate-nos hoje
Se você tiver quaisquer perguntas, Sinta-se livre para nos contatar. Nossa equipe de especialistas está sempre aqui para ajudá-lo em todas as suas necessidades de design de PCB HDI. Portanto, quer você tenha dúvidas ou precise de consulta, nossa equipe de especialistas terá sempre prazer em oferecer uma solução.