Placas de circuito HDI e PCBs comuns são construídas para diferentes necessidades. Placas HDI usam linhas finas, pequenos pads e vias avançadas para acomodar circuitos densos e de alta velocidade em um espaço pequeno. PCBs comuns usam trilhas mais largas e furos simples para menor custo e velocidades moderadas. Este artigo traz informações sobre essas diferenças e escolhas de design.
Visão geral da PCB HDI e da PCB Comum
PCBs de Interconexão de Alta Densidade (HDI) são projetados para compactar mais conexões em uma placa compacta usando trilhas finas, pequenas almofadas e estruturas avançadas de via. PCBs comuns usam pistas mais largas, pastilhas maiores e métodos de perfuração mais simples que se adaptam a circuitos de menor densidade e menor velocidade.
Estrutura Física e Design de Interconexão
Empilhamento e Construção de Camadas
Stack-up de PCB HDI
• Construído com finas camadas dielétricas de acumulação adicionadas em estágios em um ou ambos os lados de um núcleo.
• Utiliza isolamento muito fino entre as camadas de cobre para manter a pilha compacta.
• Conecta apenas os pares de camadas que precisam dela por meio de vias cegas e enterradas, não por furos profundos que atravessam toda a espessura.
Empilhamento de PCB Comum
• Feito de um ou mais núcleos revestidos a cobre prensados juntos com pré-impregnado
• A maioria das conexões de camadas usa furos de passagem perfurados de cima para baixo
• Utiliza menos etapas de laminação e camadas de isolamento mais espessas
Tipos via e estilos de interconexão
PCB HDI via e estilos de interconexão
Em uma PCB HDI, microvias minúsculas, vias cegas, vias enterradas e estruturas via-in-pad ajudam a conectar camadas de forma curta e direta. Microvias conectam camadas próximas, enquanto vias cegas e enterradas conectam apenas as camadas necessárias. O via-in-pad coloca o viato logo dentro de uma base componente após o enchimento e o revestimento, o que suporta layouts apertados e maior densidade de circuito.
Via PCB comum e estilos de interconexão
Em uma PCB comum, as vias são furos perfurados padrão que passam da camada superior para a camada inferior. Mesmo quando o sinal precisa conectar apenas algumas camadas internas, o furo frequentemente atravessa toda a espessura da placa. Isso torna a estrutura mais simples, mas menos flexível do que as opções de via encontradas em projetos de PCB HDI.
Densidade de roteamento e regras de projeto
Regras de roteamento e projeto de PCB HDI
Em uma PCB HDI, as pistas são mais finas e próximas umas das outras, então mais conexões podem caber em uma área pequena. As almofadas e folgas são menores, o que abre espaço extra de cobre para a passagem entre pinos apertados. Caminhos curtos de fan-out de chips de alta contagem de pinos são possíveis pelo roteamento via in-pad e escape por microvia, permitindo que os sinais caiam rapidamente para camadas internas. Devido a essa maior densidade de roteamento, algumas placas HDI podem alcançar a mesma função com menos camadas totais.
Regras comuns de roteamento e projeto de PCB
Em uma PCB comum, as pistas são mais largas e têm mais espaçamento para corresponder aos limites padrão de perfuração e gravação. Pads, folgas e aberturas de cobre são maiores e mais fáceis de processar, o que mantém a estrutura da placa simples. Os caminhos de roteamento são planejados ao redor de vias de furo passantes e footprints maiores de componentes, então mais espaço na placa e mais camadas podem ser necessários para levar todos os sinais através da PCB.
Integridade do Sinal e Desempenho em Alta Velocidade
Em altas taxas de dados, o comportamento elétrico é fortemente afetado pelo comprimento da interconexão, continuidade da impedância e consistência temporal. As PCBs HDI influenciam esses fatores por meio de sua estrutura física, levando a vantagens elétricas mensuráveis em projetos de alta velocidade.
Caminhos de interconexão mais curtos reduzem o atraso de propagação do sinal e o descompasso de tempo. Microvias e interconexões de profundidade limitada minimizam o uso não utilizado via stubs, o que reduz as descontinuidades de impedância que podem causar reflexões. Esses efeitos ajudam a preservar o formato das bordas do sinal e a melhorar as margens de tempo a taxas de dados gigabit.
Em PCBs comuns, traços mais longos e vias de profundidade total introduzem indutância e capacitância parasita adicionais. À medida que a velocidade das bordas aumenta, esses parasitas podem degradar as aberturas dos olhos, aumentar a diafonia e reduzir a margem de ruído. Embora aceitáveis em baixas e moderadas velocidades, esses efeitos se tornam fatores limitantes em sistemas digitais de alta velocidade.
Do ponto de vista elétrico, as PCBs HDI oferecem controle de impedância mais previsível, redução da distorção do sinal e maior estabilidade de tempo em circuitos de alta e alta densidade.
Comportamento térmico e confiabilidade
Caminhos térmicos e confiabilidade da PCB HDI
• PCBs HDI podem espalhar calor por vias preenchidas e banhadas em almofadas térmicas e planos de cobre posicionados próximos às partes que aquecem.
• Caminhos mais curtos das partes quentes para as camadas internas de cobre ajudam a mover o calor mais rapidamente.
• Para manter a confiabilidade a longo prazo, o processo de construção do IDH precisa de revestimento e preenchimento estáveis com microvia, laminação uniforme entre camadas e margem de projeto suficiente para expansão e contração durante as variações de temperatura.
Caminhos térmicos comuns de PCB e confiabilidade
• PCBs comuns têm menos etapas complexas de construção, mas camadas de isolamento mais espessas e furos de passagem completos podem fazer o calor se acumular em certos pontos.
• Padrões de alívio térmico e áreas extras de cobre são frequentemente adicionados para puxar calor das regiões quentes e reduzir o estresse na placa ao longo do tempo.
Etapas de Fabricação em PCB HDI vs PCB Comum
| Passo | Fabricação de PCBs com HDI | Fabricação Comum de PCB |
|---|---|---|
| Criação de camadas | Um núcleo é combinado com várias camadas finas de cobre e resina. | Um ou mais núcleos revestidos de cobre são empilhados com pré-impregnados entre eles. |
| Via formação | Utiliza microvias perfuradas a laser, juntamente com vias cegas e enterradas entre camadas selecionadas. | Utiliza vias de furo mecânico perfuradas que atravessam toda a placa. |
| Via preenchimento | Vias podem ser preenchidas com cobre ou resina e depois achatadas para layouts via-in-pad. | Vias ficam sem preencher nas versões padrão. |
| Ciclos de laminação | Precisa de vários ciclos de laminação para aderir cada camada acumulada. | Frequentemente utiliza um único ciclo principal de laminação. |
| Requisitos de registro | Precisa de um alinhamento muito preciso entre as características finas e as pequenas vias. | Utiliza tolerâncias padrão de alinhamento para trilhas e furos. |
| Inspeção e testes | Mais verificações focam em qualidade, deslocamentos de camada e etapas de construção. | Testes elétricos padrão e verificações visuais são aplicados. |
Comparação de Aplicação: PCB HDI vs PCB Comum
Áreas de aplicação de PCB HDI
• PCBs HDI são usadas em dispositivos digitais compactos, como smartphones, tablets e wearables.
• Eles suportam pequenos dispositivos eletrônicos médicos onde o espaço na placa é limitado.
• Layouts de HDI são comuns em sistemas de assistência ao motorista automotivos e módulos de infoentretenimento que transportam muitos sinais em áreas restritas.
• Equipamentos de rede e telecomunicações, juntamente com módulos de computação de alto desempenho, frequentemente utilizam PCBs HDI para lidar com conexões densas e de alta velocidade.
Áreas de aplicação de PCB comuns
• PCBs comuns são comuns em fontes de alimentação e muitos tipos de eletrodomésticos.
• São usados em placas de controle de iluminação e em uma ampla variedade de placas industriais de entrada e saída.
• Circuitos de amplificadores de áudio frequentemente dependem de PCBs comuns com layouts simples.
• PCBs comuns também são encontrados em kits educacionais e produtos de hobby de baixo custo onde funções básicas são suficientes.
Compensações entre Custo e Volume
| Fator | PCB HDI | PCB comum |
|---|---|---|
| Ferramentas e configuração | Maior, porque o processo precisa de recursos mais finos e etapas avançadas. | Inferior, baseada em equipamentos padrão e materiais comuns. |
| Custo de fabricação por placa | Maiores, principalmente em volumes de produção baixos e médios. | Menor na maioria dos volumes de produção. |
| Economia no produto completo | Pode reduzir custos em outras partes do produto ao permitir uma placa menor e mais integrada. | Menos economia fora do próprio tabuleiro por reduzir o layout. |
| Sensibilidade ao volume | Fica mais atraente em volumes altos para projetos de circuitos compactos. | Continua sendo econômico para placas simples em quase qualquer volume. |
| Metas de preço mais adequadas | É compatível com produtos de médio e alto padrão que suportam custos maiores para placas. | Funciona para produtos de entrada e fortemente orientados por custos. |
Escolha de PCB HDI ou PCB Comum
Escolha uma PCB HDI quando:
• Área ou espessura da tábua é rigidamente limitada
• Os componentes usam pacotes de passo fino ou alto número de pinos
• Roteamento de alta velocidade ou alta densidade é necessário
• Margens de integridade do sinal são críticas
Escolha uma PCB comum quando:
• Espaço disponível para o conselho
• Velocidades de sinal de baixa a moderada
• O controle de custos é a principal prioridade
• Montagem e simplicidade de retrabalho são importantes
Conclusão
Placas de IDH e comuns diferem em limites de tamanho, estrutura de camadas, vias, roteamento, qualidade do sinal, espalhamento de calor e preço. O HDI suporta layouts compactos, peças de passo fino e links rápidos com processamento mais complexo. PCBs comuns se encaixam em layouts mais simples e maiores a um custo menor. A lista de verificação de design liga tamanho da placa, necessidades de velocidade e orçamento para o tipo certo de PCB.
Perguntas Frequentes [FAQ]
Quais materiais as PCBs HDI usam em comparação com PCBs comuns?
PCBs HDI usam laminados de alta Tg ou baixa perda para maior velocidade e calor. PCBs comuns usam FR-4 padrão para manter os custos baixos.
Como a espessura do cobre é diferente em HDI e PCBs comuns?
PCBs HDI usam cobre mais fino em camadas finas de roteamento para trilhas pequenas. PCBs comuns usam cobre mais espesso, como 1 oz ou 2 oz, para maior corrente e resistência.
Como a montagem é diferente em PCBs HDI?
PCBs HDI precisam de controle rigoroso da pasta de solda e do reflow devido às peças de passo fino e ao via-in-pad. PCBs comuns são mais simples de montar com pads e peças maiores.
Rework é mais difícil em PCBs HDI?
Sim. Almofadas, traços e microvias de HDI são pequenos e fáceis de danificar durante o retrabalho. PCBs comuns são mais fáceis de reparar porque os recursos são maiores e mais resistentes.
Quais dados são necessários para pedir uma PCB HDI?
Os dados da PCB HDI devem incluir um empilhamento detalhado, cega e enterrada via pares de camadas, tamanhos de microvia e alvos de impedância. PCBs comuns precisam apenas de um empilhamento básico e limas de furação padrão.
Como os testes de confiabilidade diferem para PCBs HDI?
PCBs HDI adicionam testes de resistência de microvia, como seções transversais e ciclos térmicos em cupons. PCBs comuns usam principalmente testes elétricos padrão e algumas seções transversais básicas.
