Comparación entre apilado de PCB de alta densidad y PCB normal

Las placas de circuito impreso (PCB) de alta densidad no son lo mismo que las PCB simples. ¿Sabes cuál es la diferencia? Las PCB con un mayor número de capas y una mayor densidad de pistas se conocen como HDI. No son tan comunes porque no se utilizan en prototipos pequeños o trabajos de aficionados, sino para aplicaciones más profesionales. Uno de los mejores ejemplos de una placa HDI con un apilamiento complejo que puedes ver —o que quizás tengas— es la placa base de tu PC. La HDI cambia completamente la historia cuando entra en escena, una PCB multicapa con un apilamiento adecuado. En este artículo, vamos a discutir el apilamiento/capas utilizado en placas HDI vs PCB normales.

¿Qué es el apilamiento de PCB?

Un apilamiento de PCB es la disposición ordenada de las capas y materiales de la placa. Normalmente incluye capas de señal de cobre, capas dieléctricas (prepreg y núcleos), planos internos de tierra o alimentación y especificaciones de espesor mecánico. No todas las capas son para enrutamiento, sino para proporcionar una mejor integridad de señal o alimentación a la placa. El apilamiento determina:

• El comportamiento de impedancia controlada de las pistas
• La diafonía y las rutas de retorno
• La distribución de energía (continuidad del plano)
• El rendimiento térmico y la rigidez mecánica
• La complejidad de fabricación y el coste

El diseño preciso del apilamiento es clave en circuitos de alta velocidad, sistemas de RF, distribución de energía y gestión térmica. Una optimización deficiente del apilamiento suele provocar reflexiones de señal, problemas de EMI, estrés térmico y defectos de fabricación.

¿Qué hace que una PCB sea de alta densidad?

Una PCB HDI aumenta la densidad de enrutamiento y mejora el rendimiento eléctrico con la ayuda de características avanzadas como:

Microvías: Pequeñas vías perforadas con láser en los pads, que conectan capas adyacentes sin ocupar mucho espacio. Estas vías no son pasantes, sino para la transición de señal de una capa a otra.

Pistas y espacios más finos: Veremos con este diseño de PCB anchos de pista y espacio más estrechos que el promedio, a menudo por debajo de 4 mil. Debido a las múltiples capas y al prepreg, la impedancia debe calcularse en consecuencia; consulte al fabricante para obtener detalles específicos.

Núcleos y prepregs más delgados: Permiten relaciones de aspecto de vía más cortas y un mejor control de impedancia. El número de capas puede llegar hasta 24, comenzando desde placas de 8 capas. El FR4 estándar normalmente no se utiliza con este número de capas debido a problemas de degradación de la señal.

Laminación secuencial: Tener apilamientos laminados secuencialmente permite pilas de microvías donde las microvías pueden escalonarse. También simplifica enormemente el enrutamiento de estructuras complejas en varias capas.

Más microvías y menos espacio resultan en menor latencia y una gestión de retorno superior, lo que hace que la HDI sea perfectamente adecuada para dispositivos como teléfonos inteligentes, wearables, módulos de RF y ordenadores compactos.

Explicación del apilamiento de PCB normal

Un apilamiento de PCB estándar, que vemos en el diseño y la fabricación tradicionales, incluye:

• Vías pasantes que recorren todo el espesor de la placa.
• Pistas y espaciados más anchos, compatibles con las tolerancias de fabricación estándar.
• Número de capas de 1 a 6, aunque placas más grandes con vías pasantes también entran en esta categoría.
• Sustratos FR-4, que tienen espesores dieléctricos estándar.

Estas placas son muy robustas, económicas y cuentan con un fuerte soporte del fabricante. Son la opción preferida para circuitos digitales de velocidad baja a media, electrónica de potencia y muchas aplicaciones industriales.

Diferencias clave entre el apilamiento de PCB HDI y normal

Ventajas del apilamiento de PCB de alta densidad

Entre las ventajas de las HDI, un apilamiento de PCB de alta densidad ofrece la posibilidad de miniaturización. Esta ventaja permite el desarrollo de dispositivos más compactos garantizando al mismo tiempo una alta funcionalidad. Además, dado que las interconexiones y las rutas de impedancia controlada son más cortas en HDI, la integridad de la señal también mejora. Problemas como la diafonía y la reflexión de señal se reducen. Las microvías también mejoran la flexibilidad de diseño al permitir el enrutamiento alrededor de paquetes densos de matriz de rejilla de bolas (BGA) y otros componentes de paso fino.

En la mayoría de los escenarios prácticos, un apilamiento de PCB estándar es ventajoso, particularmente en términos de coste. La capacidad de fabricar y probar placas estándar es mucho más rentable que otras opciones en términos de precio. Además, estas placas encajan perfectamente en una amplia variedad de sistemas de control y otra electrónica industrial.

Consideraciones de diseño para ingenieros y estudiantes

Al comparar HDI vs PCB normal, considere:

Velocidad e integridad de la señal: La HDI es más adecuada para diseños que operan por encima de 1 GHz o con altas tasas de datos.

Tamaño de la placa: La HDI es preferida en diseños cuando el tamaño es crítico.

Necesidades térmicas: Las PCB normales con cobre grueso, de hecho, funcionan mejor para diseños de alta potencia.

Coste vs volumen: La HDI es la opción para electrónica de consumo producida en masa; para prototipos o placas industriales, las PCB normales son la opción.

Reparabilidad: Con las placas HDI, el retrabajo es difícil, por lo que es necesario diseñar para la comprobabilidad.

Conclusión

Optar por un apilamiento de PCB denso frente a un apilamiento de PCB estándar es una cuestión de equilibrar densidad con rendimiento, coste y fabricabilidad. La HDI es inigualable en miniaturización y rendimiento de señal. Por el contrario, las PCB normales son prácticas, robustas y económicas para una amplia gama de usos. Algunos de estos se enumeran a continuación:

Teléfonos inteligentes y tabletas: Dependen de la HDI para el enrutamiento multicapa de BGA y buses de alta velocidad.

Módulos IoT y RF: Se benefician de rutas de RF cortas con impedancia controlada en espacios pequeños.

Electrónica industrial: Continúan utilizando apilamientos normales para la gestión de energía y sistemas de control robustos.

Lo que es muy importante o útil para estudiantes e ingenieros es que el diseño del apilamiento de la placa debe adaptarse al proyecto en cuestión, lo que incluye la velocidad de la señal, la refrigeración, algunas de las unidades y el desembolso económico. La aportación temprana de los fabricantes es importante en el desarrollo de un diseño fiable que ofrezca un rendimiento estable y practicidad.