Las PCB HDI y las PCB ordinarias están diseñadas para diferentes necesidades. Las placas HDI utilizan líneas finas, pequeñas almohadillas y vías avanzadas para encajar circuitos densos y de alta velocidad en un espacio reducido. Las PCB ordinarias utilizan pistas más anchas y agujeros pasantes sencillos para menor coste y velocidades moderadas. Este artículo ofrece información sobre estas diferencias y elecciones de diseño.
Resumen de la PCB HDI y la PCB ordinaria
Las PCB de Interconexión de Alta Densidad (IDH) están diseñadas para empaquetar más conexiones en una placa compacta utilizando pistas finas, pequeñas almohadillas y estructuras avanzadas de vía. Las PCB ordinarias utilizan pistas más anchas, pastillas más grandes y métodos de perforación más sencillos que se adaptan a circuitos de menor densidad y menor velocidad.
Estructura física y diseño de interconexión
Stack-up y construcción por capas
Acumulación de PCB HDI
• Construido con finas capas dieléctricas de acumulación añadidas en etapas en uno o ambos lados de un núcleo.
• Utiliza aislamiento muy fino entre capas de cobre para mantener la chimenea compacta.
• Conecta solo los pares de capas que lo necesitan a través de vías ciegas y enterradas, no agujeros profundos que cubren todo el grosor.
Apilamiento de PCB ordinario
• Fabricado a partir de uno o más núcleos recubiertos de cobre prensados con preimpregnado
• La mayoría de las conexiones de capa utilizan agujeros atravesantes perforados de arriba a abajo
• Utiliza menos pasos de laminación y capas de aislamiento más gruesas
Tipos de vía y estilos de interconexión
PCB HDI mediante y estilos de interconexión
En una PCB de IDH, microvias diminutas, vías ciegas, vías enterradas y estructuras de vías en pad ayudan a conectar capas de forma corta y directa. Las microvias conectan capas cercanas, mientras que las vias ciegas y enterradas conectan solo las capas que necesitan. El via-in-pad coloca el vía justo dentro de una almohadilla componente tras el llenado y el placado, lo que soporta disposiciones ajustadas y mayor densidad de circuito.
Modelos de PCB ordinarios y estilos de interconexión
En una PCB normal, las vías son agujeros perforados estándar que pasan de la capa superior a la inferior. Incluso cuando una señal solo necesita conectar unas pocas capas interiores, el agujero suele atravesar todo el grosor de la placa. Esto hace que la estructura sea más sencilla pero menos flexible que las opciones de vía que se encuentran en los diseños de PCB HDI.
Densidad de enrutamiento y reglas de diseño
Reglas de enrutamiento y diseño de PCB HDI
En una PCB HDI, las pistas son más finas y más juntas, por lo que pueden caber más conexiones en un área pequeña. Las almohadillas y los espacios son más pequeños, lo que abre espacio extra de cobre para el enfilado entre pasadores apretados. Caminos cortos de abanique-out desde chips con alto número de pines son posibles gracias al enrutamiento de escape via en el pad y microvía, por lo que las señales pueden caer rápidamente a capas internas. Debido a esta mayor densidad de enrutamiento, algunas placas IDH pueden alcanzar la misma función con menos capas totales.
Reglas ordinarias de enrutamiento y diseño de PCB
En una PCB convencional, las pistas son más anchas y tienen más espacio para ajustarse a los límites estándar de perforación y grabado. Las almohadillas, los espacios y las aberturas de cobre son más grandes y fáciles de procesar, lo que mantiene la estructura de la placa sencilla. Los caminos de enrutamiento se planifican alrededor de vías pasantes y huecos de componentes más grandes, por lo que puede ser necesario más espacio en la placa y más capas para llevar todas las señales a través de la PCB.
Integridad de la señal y rendimiento a alta velocidad
A altas velocidades de datos, el comportamiento eléctrico se ve fuertemente afectado por la longitud de interconexión, la continuidad de la impedancia y la consistencia temporal. Las PCB HDI influyen en estos factores a través de su estructura física, lo que conduce a ventajas eléctricas medibles en diseños de alta velocidad.
Caminos de interconexión más cortos reducen el retardo de propagación de la señal y el desfase temporal. Las microvias y las interconexiones de profundidad limitada minimizan las vías stubs no utilizadas, lo que reduce las discontinuidades de impedancia que pueden causar reflexiones. Estos efectos ayudan a preservar la forma del borde de la señal y a mejorar los márgenes de temporización a velocidades de datos de gigabit.
En PCBs ordinarios, trazas más largas y vías de agujero a toda profundidad introducen inductancia y capacitancia parásitas adicionales. A medida que aumentan las velocidades de los filos, estos parásitos pueden degradar las aberturas oculares, aumentar la diafonía y reducir el margen de ruido. Aunque son aceptables a velocidades bajas y moderadas, estos efectos se convierten en factores limitantes en sistemas digitales de alta velocidad.
Desde el punto de vista eléctrico, las PCB HDI proporcionan un control de impedancia más predecible, reducción de la distorsión de señal y una mejor estabilidad de temporización en circuitos de alta y alta densidad.
Comportamiento térmico y fiabilidad
Caminos térmicos y fiabilidad de la PCB HDI
• Las PCB HDI pueden dispersar el calor a través de vías rellenas y chapadas en pastillas térmicas y planos de cobre colocados cerca de las piezas que se calientan.
• Caminos más cortos desde las piezas calientes hasta las capas internas de cobre ayudan a alejar el calor más rápidamente.
• Para mantener la fiabilidad a largo plazo, el proceso de construcción del IDH necesita un chapado y relleno estables con microvia, laminación uniforme entre capas y suficiente margen de diseño para la expansión y contracción durante los cambios de temperatura.
Caminos térmicos ordinarios de la PCB y fiabilidad
• Las PCB ordinarias tienen menos pasos complejos de construcción, pero capas de aislamiento más gruesas y agujeros transversales completos pueden hacer que el calor se acumule en ciertos puntos.
• A menudo se añaden patrones de alivio térmico y áreas extra de cobre para extraer calor de las zonas calientes y reducir el esfuerzo sobre la placa con el tiempo.
Pasos de fabricación en PCB IDH frente a PCB ordinaria
| Paso | Fabricación de PCB HDI | Fabricación ordinaria de PCB |
|---|---|---|
| Creación de capas | Un núcleo se combina con varias capas finas de cobre y resina. | Uno o más núcleos recubiertos de cobre están apilados con preimpregnado entre ellos. |
| Vía formación | Utiliza microvias perforadas con láser, junto con vías ciegas y enterradas entre capas seleccionadas. | Utiliza vías de agujero perforado mecánicamente que atraviesan toda la placa. |
| Vía relleno | Las vías pueden rellenarse con cobre o resina y luego aplanarse para diseños de vía en almohadilla. | Las Vias quedan sin cubrir en las construcciones estándar. |
| Ciclos de laminación | Necesita varios ciclos de laminación para unir cada capa acumulada. | A menudo utiliza un único ciclo principal de laminación. |
| Requisitos de inscripción | Necesita una alineación muy precisa entre las características finas y las vías pequeñas. | Utiliza tolerancias estándar de alineación para trazas y agujeros. |
| Inspección y pruebas | Más comprobaciones se centran en la calidad, los cambios de capa y los pasos de construcción. | Se aplican pruebas eléctricas estándar y comprobaciones visuales. |
Comparación de aplicaciones: PCB HDI vs PCB ordinaria
Áreas de aplicación de PCB HDI
• Las PCB HDI se utilizan en dispositivos digitales compactos como smartphones, tabletas y dispositivos portátiles.
• Son compatibles con pequeños dispositivos electrónicos médicos donde el espacio en la placa es limitado.
• Los diseños HDI son comunes en sistemas de asistencia a la conducción automotrices y módulos de infoentretenimiento que transportan muchas señales en espacios reducidos.
• El equipo de red y telecomunicaciones, junto con módulos de computación de alto rendimiento, suelen utilizar PCB HDI para manejar conexiones densas y de alta velocidad.
Áreas de aplicación ordinarias de PCB
• Las PCB ordinarias son comunes en fuentes de alimentación y en muchos tipos de electrodomésticos.
• Se utilizan en placas de control de iluminación y en una amplia gama de placas industriales de entrada y salida.
• Los circuitos de amplificadores de audio a menudo dependen de PCBs ordinarias con disposiciones sencillas.
• Las PCB ordinarias también se encuentran en kits educativos y productos de hobby de bajo coste donde las funciones básicas son suficientes.
Compensaciones entre coste y volumen
| Factor | PCB HDI | PCB ordinaria |
|---|---|---|
| Herramientas y configuración | Más alto, porque el proceso necesita características más finas y pasos avanzados. | Inferior, basándose en el equipo estándar y los materiales comunes. |
| Coste de fabricación por placa | Más altos, principalmente en volúmenes de producción bajos y medios. | Más bajo en la mayoría de los volúmenes de producción. |
| Ahorro en el producto completo | Puede reducir costes en otras partes del producto permitiendo una placa más pequeña y más integrada. | Menos ahorro fuera del propio tablero por reducir el diseño. |
| Sensibilidad al volumen | Se vuelve más atractivo a volúmenes altos para diseños de circuitos compactos. | Se mantiene rentable para placas sencillas a casi cualquier volumen. |
| Objetivos de precio más adecuados | Se adapta a productos de gama media y alta que pueden soportar un coste más alto de placas. | Se adapta a productos de nivel básico y fuertemente orientados al coste. |
Elegir PCB HDI o PCB ordinaria
Elige una PCB HDI cuando:
• El área o grosor de la tabla está estrictamente limitado
• Los componentes utilizan paquetes de paso fino o de alto número de pines
• Se requiere enrutamiento de alta velocidad o alta densidad
• Los márgenes de integridad de la señal son críticos
Elige una PCB normal cuando:
• Hay espacio disponible para la mesa
• Las velocidades de señal son bajas a moderadas
• El control de costes es la prioridad principal
• La simplicidad del ensamblaje y el rework son importantes
Conclusión
El HDI y las PCB ordinarias difieren en límites de tamaño, estructura de capas, vías, enrutamiento, calidad de señal, dispersión del calor y precio. HDI soporta diseños compactos, piezas de paso fino y enlaces rápidos con procesamiento más complejo. Las PCB ordinarias se adaptan a diseños más simples y grandes a un coste menor. La lista de verificación de diseño enlaza el tamaño de la placa, las necesidades de velocidad y el presupuesto con el tipo de PCB adecuado.
Preguntas frecuentes [FAQ]
¿Qué materiales utilizan las PCB HDI frente a las PCB normales?
Las PCB HDI utilizan laminados de alta Tg o baja pérdida para mayor velocidad y calor. Las PCB ordinarias usan FR-4 estándar para mantener los costes bajos.
¿En qué se diferencia el grosor del cobre en HDI y en PCBs normales?
Las PCB HDI usan cobre más fino en capas de enrutamiento fino para trazas pequeñas. Las PCB normales usan cobre más grueso, como 1 oz o 2 oz, para mayor corriente y resistencia.
¿En qué se diferencia el ensamblaje en PCBs HDI?
Las PCB HDI necesitan un control estricto de la pasta de soldadura y el reflujo debido a las piezas de paso fino y al via-in-pad. Las PCB ordinarias son más sencillas de montar con almohadillas y piezas más grandes.
¿Es más difícil rehacer en PCB HDI?
Sí. Las almohadillas, trazas y microvias de HDI son pequeñas y fáciles de dañar durante el retrabajo. Las PCB ordinarias son más fáciles de reparar porque sus características son más grandes y resistentes.
¿Qué datos se necesitan para pedir una PCB HDI?
Los datos de la PCB en HDI deben incluir un apilamiento detallado, ciego y enterrado mediante pares de capas, tamaños de microvía y objetivos de impedancia. Las PCB ordinarias solo necesitan un apilamiento básico y limas de perforación estándar.
¿En qué difieren las pruebas de fiabilidad para PCB HDI?
Las PCB HDI añaden pruebas de resistencia a microvias, como secciones transversales y ciclos térmicos en cupones. Las PCB ordinarias utilizan principalmente pruebas eléctricas estándar y algunas secciones transversales básicas.
