As placas de circuito impresso, ou PCBs, são como o cérebro dos aparelhos eletrônicos. Elas conectam todas as peças entre si para garantir um funcionamento harmonioso. Ao longo dos anos, essas placas de circuito impresso foram se tornando cada vez mais miniaturizadas.
O que levou a isso? Como vocês sabem, nosso mundo moderno precisa de dispositivos menores, mais rápidos e mais potentes. Isso levou, naturalmente, ao desenvolvimento do projeto de placas de circuito impresso (PCB) com HDI.
Este artigo destaca alguns parâmetros essenciais normalmente considerados no projeto de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI). Se você os compreender corretamente, poderá aprimorar seu projeto.
Ao trabalhar com um fabricante de placas de circuito impresso (PCB) da HDI, você também pode produzir componentes eletrônicos de alta qualidade e confiáveis. Na UETPCB, sempre garantimos que nossas placas de circuito impresso sejam fabricadas de acordo com os mais altos padrões de qualidade.
I. Visão geral das placas de circuito impresso (PCB) HDI e sua importância na eletrônica moderna
HDI significa “High-Density Interconnect” (Interconexão de Alta Densidade). Como o nome sugere, essas placas de circuito impresso (PCB) geralmente oferecem maior densidade de fiação por unidade de área.
Por isso, é possível processar perfeitamente mais componentes em uma placa menor.
Para fabricar placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI), são necessárias linhas e espaços mais finos, vias menores e maior densidade de pontos de conexão.
As principais características das placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI) em comparação com as placas tradicionais são:
| Características | PCB HDI | PCB tradicional |
| Microvias | Muito pequeno | Maior |
| Densidade | Maior densidade de componentes | Menor densidade de componentes |
| Complexidade | Permite a criação de projetos compactos e complexos | Adequado para projetos menos complexos |
| Disposição das camadas | Várias camadas | Menos camadas |
| Proporção da tela | Proporção de tela maior | Proporção menor |
| Materiais | Materiais de alta velocidade | FR4 como material padrão |
| Custo | Custo inicial mais alto | Custo inicial mais baixo |
Quando comparadas às placas de circuito impresso tradicionais, as placas HDI oferecem algumas vantagens exclusivas. Como você pode ver na tabela acima, as placas tradicionais utilizam vias maiores e linhas mais grossas.
Por isso, essas placas de circuito impresso oferecem uma densidade de fiação menor. Além disso, elas são adequadas apenas para projetos simples.
No entanto, as placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI) são ideais para projetos compactos e complexos. Vamos examinar suas vantagens em aplicações de alta densidade.
- O projeto de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI) permite a inclusão de mais componentes em uma placa menor. Por isso, 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, relógios inteligentes, fones de ouvido com ANC, aparadores, sensores e outros itens também merecem destaque.
- Caminhos de sinal mais curtos reduzem a latência e aumentam a velocidade.
- Melhor gerenciamento térmico e menor consumo de energia
II. Diretrizes para o projeto de placas de circuito impresso (PCB) da HDI: Melhores práticas
Chega de introdução! Vamos direto ao assunto principal.
Vários parâmetros são utilizados para garantir o melhor resultado no projeto de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade de interconexão (HDI). Esses parâmetros ajudam a garantir um projeto complexo com desempenho ideal.
Portanto, é preciso seguir esses parâmetros ao projetar uma placa de circuito impresso (PCB) HDI. Seguindo nossas diretrizes, você também poderá superar diversos problemas em placas de circuito.
1. Considerações sobre o layout
As placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI) podem apresentar diversos tipos de layout. No mundo atual, como você sabe, as pessoas gostam de usar aparelhos eletrônicos compactos. Por isso, é possível encontrar diversas placas de circuito com diferentes tipos de layout.
Cada tipo melhora a velocidade e o número de conexões.
Fabricantes de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI), como a UETPCB, geralmente utilizam esses layouts para reduzir o espaço nas placas de circuito. Esses layouts também melhoram o funcionamento dos circuitos e, por sua vez, reduzem a geração de calor.
Construção sequencial geralmente torna a placa mais densa, camada por camada. Essa abordagem é útil na prática no projeto de placas de circuito impresso HDI.
Vias empilhadas É necessário perfurar várias camadas da placa de circuito impresso. O objetivo principal dessa perfuração é criar conexões verticais.
No projeto de placas de circuito impresso HDI, você perceberá que essas vias criam conexões sólidas entre as camadas.
Microvias são extremamente pequenas em placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI). Geralmente apresentam uma proporção de 1:1 e uma profundidade de 0,01″ ou polegadas, o que as torna perfeitas para layouts compactos de placas de circuito impresso.
2. Considerações sobre os materiais
Escolher um material adequado para sua placa de circuito impresso HDI é sempre complicado. No entanto, isso se torna fácil quando você segue as etapas corretas.
Leve em consideração alguns fatores ao selecionar os materiais adequados para placas de circuito impresso (PCB). O material suporta o calor gerado durante a operação? Ele mantém a pureza do sinal? É durável o suficiente? Tente esclarecer todas essas questões.
Requisitos de Operação e Desempenho
O primeiro passo na seleção do material é determinar as necessidades de desempenho. Nesse caso, verifique a frequência de operação e a perda de sinal.
A frequência de operação é a frequência na qual um dispositivo funciona. É possível medir a frequência em várias unidades: hertz (Hz), gigahertz (GHz) ou gigabytes por segundo (Gbps). Geralmente, ela indica a rapidez com que um sinal oscila ou se repete dentro do sistema.
Por outro lado, a perda de sinal é a redução na intensidade do sinal à medida que ele percorre um meio em um circuito. Ela é normalmente medida em decibéis (dB).
A constante dielétrica Dk e a tangente da perda Df são fatores cruciais que você deve levar em consideração.
Portanto, escolha um material com baixo Df e Dk estável. De fato, esses dois parâmetros garantem o desempenho ideal do circuito. A escolha correta garante a menor perda de sinal possível.
| Velocidade do circuito | Materiais recomendados |
| Velocidade normal | FR370HR, o Nelco N7000-2HT, e o EM-827 ou o EM-370 |
| Velocidade moderada | FR408HR |
| Alta velocidade | Megtrone6, EM-528 e I-Tera MT40 |
Propriedades dos materiais (térmicas, elétricas, mecânicas, químicas e de fabricabilidade)
Em seguida, avalie as propriedades térmicas do material. Nesse caso, verifique a temperatura máxima permitida.
Lembre-se de que a temperatura de operação aumenta à medida que a densidade aumenta.
Temperatura de funcionamento µ Densidade do componente
As propriedades elétricas também são fundamentais no projeto de placas de circuito impresso (PCB) HDI. Valores estáveis de Dk e baixos de Df são essenciais para manter a integridade do sinal em altas velocidades.
Suas qualidades mecânicas garantem que ele seja capaz de suportar as tensões durante a fabricação de placas de circuito impresso HDI.
Nesse caso, você pode levar em consideração a resistência à flexão e à tração.
Outro fator fundamental é a viabilidade de fabricação.
O material escolhido deve ser compatível com os processos de fabricação padrão. O material é econômico? Ou está facilmente disponível?
Proporção da tela
Ao fabricar uma placa de circuito impresso (PCB) HDI, a relação de aspecto é geralmente a relação entre o diâmetro do via e a espessura do material da placa.
A largura do material afeta, tecnicamente, a proporção. Ela também afeta a eficiência do sistema elétrico e a facilidade de confecção das linhas de sinal.
3. Via Design
As vias costumam desempenhar um papel crucial nas regras de projeto de placas de circuito impresso (PCB). São os minúsculos orifícios que conectam as diferentes camadas da placa.
Elas também auxiliam na instalação de diversos componentes na placa de circuito impresso. Existem quatro tipos diferentes de vias:
PTH, ou vias de orifício passante revestidas, atravessa toda a placa de circuito impresso. Geralmente, ela conecta as camadas de cima a baixo.
A profundidade do PTH corresponde, na verdade, à espessura da placa de circuito impresso.
Microvias, por outro lado, são vias minúsculas utilizadas em projetos de interconexão de alta densidade.
Elas geralmente oferecem maior flexibilidade de roteamento. É comum encontrá-las em placas de circuito impresso (PCB) HDI.
Vias cegas conecta a camada externa a uma ou mais camadas internas. Ela não atravessa toda a placa.
Por fim, o vias enterradas ligam as camadas internas. Normalmente, não chegam às camadas externas.
Colocar as vias no local correto é uma das etapas cruciais do projeto de placas de circuito impresso (PCB) HDI.
Tecnicamente, isso determina o roteamento eficaz e o melhor desempenho. Portanto, ao lidar com isso, você pode levar em consideração a qualidade do sinal, a facilidade de instalação e o custo envolvido.
Proporção das vias
A relação de aspecto das vias é a relação entre sua profundidade e seu diâmetro. Fabricantes de placas de circuito impresso HDI, como a UETPCB, sempre utilizam relações padrão para cada placa.
No entanto, uma relação de aspecto maior significa um furo mais profundo em relação à sua largura. Para microvias, uma relação de aspecto típica é de 1:1 ou inferior. De acordo com especialistas, 0,75:1 é geralmente adequado para o processo de galvanização.
A relação de aspecto das vias enterradas geralmente varia 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 que o revestimento e a perfuração sejam realizados adequadamente.
4. Largura e espaçamento das linhas
A largura das pistas de uma placa de circuito impresso (PCB) indica a largura dos caminhos condutores. Por outro lado, o espaçamento é a distância entre essas pistas.
Ambos são importantes para a pureza e a confiabilidade do sinal.
A largura mínima do traço é determinada pela quantidade de energia que ele pode conduzir e pela qualidade com que pode ser fabricado.
Resistências mais baixas geralmente significam que a corrente flui mais livremente por trilhas mais largas.
A fórmula geral para calcular a largura da trilha é a seguinte:
De acordo com a norma IPC-2221, 【k b c】 = 【0,024 0,44 0,725】 para as camadas internas e 【k b c】 = 【0,048 0,44 0,725】 para as camadas externas.
Por exemplo, de acordo com a norma IPC-2221, existem três classes de equipamentos eletrônicos. As placas de circuito impresso (PCB) das classes 2 e 3 devem ter um espaçamento entre as pistas de 0,25 mm ou 10 mil para baixa tensão e de 0,5 mm ou 20 mil para alta tensão.
A largura exata da linha e o espaçamento dependem das suas necessidades. Portanto, identifique as necessidades do seu projeto, como ele será utilizado e qual será a velocidade de processamento do seu dispositivo.
5. Considerações sobre a disposição das camadas em HDI
No projeto de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade de interconexão (HDI), a disposição das camadas é muito importante. Trata-se da forma como as camadas elétricas e isolantes são organizadas e sequenciadas na placa de circuito impresso.
Essa configuração é fundamental para avaliar o desempenho do sinal.
Quatro partes diferentes compõem uma estrutura padrão de camadas. A camada base da placa de circuito impresso é chamada de camada central.
Os pré-impregnados são pedaços de tecido de fibra de vidro que já vêm revestidos com resina. As camadas de cobre conduzem eletricidade. Por fim, vários tipos de vias conectam as diferentes camadas da placa de circuito impresso.
Tipos de empilhamento de camadas de HDI
Existem três tipos principais de empilhamento de camadas de HDI. O TIPO I é o mais simples, com uma relação de aspecto inferior a 10.
Inclui uma camada de microvias em cada lado do núcleo. Esse tipo é utilizado com vias de passagem e microvias, mas não com vias enterradas. O Tipo I é adequado para projetos de complexidade baixa a moderada.
A estrutura do HDI TIPO II utiliza PTH, microvias e vias enterradas. As vias enterradas conectam as camadas internas, enquanto as microvias conectam as camadas externas.
Essa configuração permite interconexões de maior densidade. O TIPO II é ideal para sistemas eletrônicos mais complexos e oferece melhor desempenho elétrico.
A configuração em camadas do HDI TIPO III é a mais avançada. Geralmente, ela inclui várias camadas de microvias, vias enterradas e vias de passagem.
Para sua informação: você pode usar a configuração de camadas do TIPO III para obter a maior densidade de interconexão.
6. Laminação sequencial
A laminação sequencial é um processo essencial na fabricação de placas de circuito impresso HDI. Ela constrói a placa de circuito impresso HDI em várias etapas, cada uma envolvendo a sobreposição de materiais e sua cura, uma etapa de cada vez.
Esse método cria estruturas complexas de forma gradual. Em cada camada, são adicionadas progressivamente microvias, vias cegas e vias enterradas.
Por que a laminação sequencial é necessária para a tecnologia HDI? Em primeiro lugar, ela permite incluir mais circuitos por polegada quadrada/milímetro quadrado, possibilitando a integração de mais componentes do que nas placas de circuito impresso comuns.
Em segundo lugar, proporciona um melhor roteamento do sinal, tornando o dispositivo mais confiável.
No projeto de placas de circuito impresso (PCB) de alta densidade (HDI), é preciso planejar cuidadosamente esse método para garantir a qualidade do produto final.
7. Controle de impedância de placas de circuito impresso (PCB) da HDI
Se você sabe como funciona a eletricidade, talvez saiba o que é resistência. Situações semelhantes podem ocorrer em placas de circuito impresso (PCBs); isso é chamado de impedância.
A definição afirma que a resistência de uma placa de circuito impresso (PCB) ao fluxo de corrente alternada em um circuito é conhecida como impedância. Ela costuma ser medida em ohms.
Normalmente, combina resistência capacitiva, indutiva e média.
Vários fatores podem afetar essa impedância. Alguns dos fatores mais comuns são:
- A largura do traço é o principal fator que afeta a impedância da placa de circuito impresso. Uma largura de traço maior garante menor impedância/resistência.
- O espaçamento entre as pistas também é essencial neste caso. Lembre-se de que pistas mais próximas umas das outras causam acoplamento capacitivo. O fluxo de eletricidade de uma pista para outra é chamado de acoplamento capacitivo.
- A espessura do cobre também é fundamental nesse caso. Em geral, a resistência diminui quando o cobre é mais espesso.
- A impedância aumenta à medida que as camadas isolantes ficam mais espessas. Por outro lado, valores dielétricos mais altos resultam em menor impedância.
- Por fim, a diferente disposição das camadas também altera a impedância da placa de circuito impresso.
8. Técnicas de alimentação e aterramento
As linhas de alimentação e de terra também são fundamentais no projeto de placas de circuito impresso (PCB) HDI. Sua principal função é garantir conexões elétricas estáveis.
Fazer com que os fios de alimentação e de terra sejam curtos e largos pode reduzir o ruído. Isso geralmente diminui tanto a resistência quanto a indução.
Você também pode colocar capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação. Isso serve para suavizar as flutuações de tensão.
Como você sabe, as regras de projeto de placas de circuito impresso (PCB) prevêem vários tipos de GND. É possível adotar diversas técnicas ao realizar o aterramento de placas de circuito impresso HDI. Para sua informação: os tipos específicos de GND dependem do projeto da sua placa de circuito impresso.
Na maioria dos casos, são utilizados planos de aterramento sólidos. Normalmente, eles proporcionam um caminho de baixa impedância para as correntes de retorno.
9. Densidade e posicionamento dos componentes
Como você sabe, o projeto de PCB HDI oferece alta densidade de componentes. Portanto, o posicionamento e o gerenciamento adequados são fundamentais para obter os melhores resultados.
Ao montar as peças, você pode levar em consideração quatro aspectos principais.
Espaço
No projeto de placas de circuito impresso (PCB) HDI, o uso eficiente do espaço é realmente importante. Como você sabe, as placas de circuito impresso HDI permitem a instalação de mais componentes em uma área menor.
Para isso, você pode usar traços e vias mais estreitos. No entanto, é preciso seguir as regras adequadas de projeto de PCB ao lidar com larguras e espaçamentos de traços.
É preciso posicionar os componentes estrategicamente para minimizar o desperdício de espaço. Tecnicamente, isso ajuda a manter a placa de circuito impresso 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 projeto de placas de circuito impresso (PCB), poderá eliminar facilmente esse problema.
Você já sabe que caminhos de sinal mais curtos significam menos perda e atraso de sinal. Portanto, é preciso ter cuidado ao traçar o percurso dos sinais de alta velocidade.
É possível utilizar pares diferenciais e traços de impedância controlada. Técnicas adequadas de alimentação e aterramento também são fundamentais nesse caso.
Gerenciamento térmico
Como você sabe, placas de circuito impresso (PCBs) densas geram mais calor. Portanto, é preciso garantir um gerenciamento térmico eficaz. Vias térmicas, dissipadores de calor e almofadas térmicas podem ajudar a dissipar o calor.
Complexidade da fabricação
Projetos de alta densidade podem ser mais complexos de fabricar. É possível encontrar um equilíbrio entre complexidade e facilidade de fabricação.
Observe que os processos e materiais de fabricação padrão podem reduzir os custos. Na UETPCB, utilizamos a tecnologia mais recente na fabricação de cada PCB.
Por isso, oferecemos aos nossos clientes o melhor preço em comparação com outros fabricantes de placas de circuito impresso HDI.
III. Técnicas de projeto de HDI para manter a integridade do sinal
Você pode encontrar alguns problemas ao projetar placas de circuito impresso (PCB) HDI. As cinco questões a seguir são as mais comuns.
- Os diversos níveis e componentes do sinal dificultam o roteamento.
- Variações no comprimento das traças
- É difícil manter uma resistência constante
- Aquecimento localizado, que poderia danificar peças
Para superar esses problemas, você pode seguir algumas técnicas. Especialistas de todo o mundo recomendam essas técnicas.
- Utilize materiais com Dk estável e baixo fator de dissipação Df.
- Sempre coloque as camadas de sinal entre os planos de GND.
- Utilize o método de terminação correto para evitar incompatibilidades de impedância.
- Coloque as microvias próximas aos pads de sinal. Isso reduz a reflexão do sinal.
- Coloque capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação principal. Isso geralmente garante a pureza da alimentação.
- Para reduzir a interferência cruzada, coloque linhas de proteção entre os sinais de alta velocidade.
- Blindagem e aterramento eficazes
- Use os orifícios de dissipação de calor para liberar o calor da placa de circuito impresso
- Mantenha sempre uma distância da borda ao instalar os componentes. A distância recomendada é λ/10.
- Certifique-se sempre de que os comprimentos das trilhas sejam iguais.
IV. Divisão e distribuição de pinos do BGA HDI
O breakout e o fanout do BGA são as conexões de roteamento de um BGA para o restante da placa de circuito impresso. BGA significa Ball Grid Array.
As técnicas de microvias e via-in-pad costumam ser duas táticas eficazes para a conexão de BGAs.
Geralmente, você pode usá-los para gerenciar o espaço e manter a pureza do sinal. Para BGAs com grande número de pinos, é possível utilizar outras técnicas, como o fanout em forma de “dogbone” ou vias escalonadas.
V. Estratégias avançadas de roteamento
Técnicas avançadas de roteamento são sempre essenciais no projeto de uma placa de circuito impresso (PCB) HDI. Elas ajudam a gerenciar layouts complexos e, geralmente, melhoram o desempenho da placa.
1. Via-in-Pads
Os pads “via-in” são integrados diretamente aos pads dos componentes. Essa abordagem geralmente economiza espaço e reforça o sinal.
No entanto, sua fabricação pode ser um desafio. Para evitar problemas de soldagem, é essencial preencher e revestir as vias corretamente.
Os vias integrados aos pads também contribuem para o gerenciamento térmico. Tecnicamente, eles dissipam o calor por meio das vias.
2. Fanout em forma de osso de cachorro
Essa estratégia direciona os sinais dos pacotes BGA para outros pontos da placa de circuito impresso. Nessa estratégia, traços curtos conectam os pads do BGA às vias.
Essa técnica simplifica principalmente o roteamento de breakout e reduz o comprimento do caminho do sinal. Em geral, ela é adequada para manter a integridade do sinal e gerenciar BGAs com grande número de pinos.
3. Estruturas de bulevar
Essa estratégia cria, sobretudo, caminhos para sinais críticos. Ela separa principalmente os sinais sensíveis dos que apresentam ruído.
A estrutura Boulevard é especialmente indicada para projetos de alta velocidade. Essa estratégia pode ser utilizada em placas de circuito impresso (PCBs) nas quais a pureza do sinal é a principal preocupação.
Em geral, é possível utilizar essa técnica em traços largos ou microfaixas.
VI. Normas do IPC para placas de circuito impresso (PCB)
O cumprimento das normas é sempre necessário na indústria de manufatura. Por isso, utiliza-se sempre uma norma comum para todos os países.
As normas IPC destinam-se basicamente a dispositivos eletrônicos. As normas IPC-2221, -6012, -4101 e -7351 são as mais comuns na fabricação de placas de circuito impresso (PCB).
Você pode seguir a norma IPC-2221 para projetos gerais e, para funções de placas de circuito impresso (PCB), seguir a norma IPC-6012. No entanto, a norma IPC-4101 trata de materiais, e a norma IPC-7351 define o projeto do padrão de contatos.
Siga sempre as normas do IPC ao trabalhar com o projeto de placas de circuito impresso HDI. Portanto, ao lidar com um fabricante de placas de circuito impresso HDI, certifique-se sempre de que ele possua essas licenças.
VII. Entre em contato conosco hoje mesmo
Caso tenha alguma dúvida, Fique à vontade para entrar em contato conosco. Nossa equipe de especialistas está sempre à disposição para ajudá-lo em todas as suas necessidades relacionadas ao projeto de placas de circuito impresso (PCB) HDI. Portanto, seja para tirar dúvidas ou solicitar orientação, nossa equipe de especialistas terá o maior prazer em oferecer uma solução.