Placas de circuito impresso de Alta Densidade de Interconexão (HDI) são placas com maior densidade de trilhados por unidade de área do que as placas tradicionais. PCBs HDI possuem interconexões e componentes mais densos, linhas e espaços mais finos, além de maior densidade de pads de conexão. Também apresentam vias e trilhas menores e maior número de camadas. Uma única placa HDI pode abrigar as funcionalidades de várias placas anteriormente utilizadas em um dispositivo. PCBs HDI são a escolha preferencial para placas de alta camada e laminadas de custo elevado. A fabricação e montagem de PCBs HDI exige processos diferentes dos das placas convencionais. Essas placas possuem custo de fabricação mais altos, projetos mais desafiadores, retrabalho e reparo mais complexos e problemas de manufacturabilidade.

Dicas de Projeto para PCB HDI:

1- Escolha o tipo de vias para minimizar a complexidade do processo

Escolher o tipo adequado de vias é crucial, pois determina os equipamentos necessários, as etapas de fabricação, o tempo de processamento e os custos adicionais. Optar por microvias, vias cegas ou vias enterradas pode reduzir o número de camadas e os gastos com materiais. Porém, a escolha entre vias passantes, vias em formato “dog bone” ou vias dentro de pad influenciará toda a complexidade do processo.

2- Escolha o número mínimo de componentes para aplicações HDI

A seleção de componentes sempre é essencial, mas torna-se crítica em placas HDI. Os componentes escolhidos ditam as larguras de roteamento, posicionamentos, tipos e tamanhos de furos, além do empilhamento geral. Embora o desempenho continue sendo a preocupação principal, embalagem, rastreabilidade e disponibilidade também devem ser considerados. Substituir componentes ou redesenhar o layout pode aumentar bastante o tempo de fabricação e os custos de material.

3- Minimize o estresse e EMI ao posicionar componentes

O posicionamento assimétrico de vias pode causar tensão desigual e possível deformação da placa, reduzindo o rendimento. Espaçamento denso de componentes e sinais de alta potência podem introduzir EMI, afetando a qualidade do sinal. Capacitância ou indutância parasita de pinos ou pads próximos também impactam a integridade do sinal, tornando essencial a modelagem de EMI durante a fase de projeto.

4- Minimize problemas de integridade de sinal otimizando o roteamento

Uma vantagem-chave do HDI é o uso de trilhas mais estreitas para propagação de sinal, permitindo redução de tamanho. Porém, as larguras das trilhas devem ser dimensionadas para garantir integridade de sinal ideal, o que envolve manter os comprimentos de trilha os mais curtos possível, caminhos de impedância consistentes, planos de terra adequados e isolamento adequado dos sinais digitais, analógicos e de potência.

5- Escolha empilhamentos para minimizar custos de material

Além da escolha de vias, a seleção do empilhamento da PCB também impacta significativamente o custo de fabricação de produtos eletrônicos HDI. O tipo de material e o número de camadas afetam diretamente os ciclos de laminação e perfuração necessários. O custo deve ser um dos fatores determinantes ao tomar essas decisões.

As Vantagens da PCB HDI:

Confiabilidade Aprimorada: Devido à menor relação de aspecto, as microvias oferecem melhor confiabilidade em comparação com vias passantes típicas. São mais robustas que furos passantes e empregam materiais e componentes superiores, resultando em excelente desempenho para a tecnologia HDI.

Integridade de Sinal Melhorada: A tecnologia HDI incorpora técnicas de via-in-pad e via cega. Essas técnicas aproximam os componentes, reduzindo o comprimento dos caminhos de sinal. HDI elimina stubs causados por furos passantes, reduzindo reflexão de sinal e melhorando sua qualidade. Portanto, caminhos de sinal mais curtos aumentam significativamente a integridade do sinal.

Custo-Benefício: Com planejamento adequado, a tecnologia HDI pode reduzir custos totais em comparação a PCBs padrão, devido à necessidade de menos camadas, menores dimensões e menor quantidade de placas.

Design Compacto: A combinação de vias cegas e enterradas reduz os requisitos de espaço da placa.

No geral, ao usar a tecnologia HDI, os projetistas têm agora a opção de posicionar mais componentes em ambos os lados da PCB bruta. Vários processos de vias, incluindo via-in-pad e via cega, permitem mais espaço útil na placa para colocar componentes menores ainda mais próximos. A redução do tamanho e passo dos componentes permite mais E/S em geometrias menores. Isso significa transmissão mais rápida de sinais e redução significativa de perda de sinal e atrasos de cruzamento.

Diferentes Tipos de Vias em PCB HDI:

Uma via é um pequeno furo condutor que conecta várias camadas de uma PCB HDI, permitindo a passagem de sinais entre elas. Existem quatro tipos de vias usadas em PCBs HDI:

● Via passante: Estendem-se da camada superior à inferior da PCB.

● Via cega: Conectam uma camada interna a uma camada de superfície da PCB.

● Via enterrada: Conectam duas camadas internas da PCB.

● Microvia: São menores que vias passantes e frequentemente usadas em PCBs HDI para conectar várias camadas sem aumentar o tamanho da placa.

Seleção de Materiais para PCB HDI:

A escolha do material e sua construção são fundamentais no projeto e fabricação de PCBs HDI. O processo de design de interconexões HDI exige compreensão dos desafios potenciais associados à especificação de materiais dielétricos reforçados com vidro.

● Copper Clad Laminate (CCL): Materiais CCL envolvem a laminação de folha de cobre em um ou ambos os lados de um dielétrico curado (estágio C). Os CCLs rígidos podem ser categorizados como FR4, FR-5 ou certos tipos de PTFE. Uma aplicação típica emprega material de laminação com cobre em um lado, onde o cobre serve como camada externa e o estágio C é ligado ao sub-composto.

● Resin Coated Copper (RCC): Consistem em folha de cobre revestida com material dielétrico de resina, que pode ser ligada diretamente ao sub-composto. Distinguem-se pela capacidade de processamento em ambiente úmido ou não. Para materiais não processáveis em úmido, as microvias são criadas por perfuração a plasma ou laser.

● PP (Prepreg): Frequentemente chamado de estágio B, folha de ligação ou simplesmente Preg, o Prepreg é composto por tecido de fibra de vidro impregnado com resina. Durante a operação de revestimento, a resina sofre cura parcial sem endurecer. Na fase de aquecimento do empilhamento da PCB, a resina do PP fluirá, aderirá e ligará o núcleo da PCB à folha de cobre ou a outros materiais.

Considerações de Projeto para PCBs HDI:

Os processos envolvidos na produção de PCBs HDI frequentemente diferem dos usados em outros tipos de PCB. Aqui está o que você precisa saber sobre a produção de placas HDI e algumas considerações de projeto a ter em mente durante o processo:

Laminação Sequencial: No processo de laminação, o(s) núcleo(s) da PCB são combinados com cobre e camadas de pré-preg para PCBs multicamadas, aplicando calor e pressão. A quantidade de calor e pressão varia de placa para placa. Após a laminação, o fabricante perfura vias. Ao contrário de outros tipos, placas HDI passam por esse processo várias vezes. Essas laminações sequenciais ajudam a evitar deslocamento e quebra durante a perfuração.

Tipos de Preenchimento de Vias: Os tipos de preenchimento devem sempre corresponder à aplicação e aos requisitos da PCB. Os materiais de preenchimento que utilizamos regularmente incluem eletrodeposição de cobre, prata, cobro preenchido, epóxi condutor, e epóxi não condutor. O tipo mais comum é epóxi não condutor.

Processo Via-in-Pad: O processo via-in-pad permite posicionar vias na superfície dos pads planos da PCB, placando a via, preenchendo-a com um dos diversos tipos de preenchimento, tampando-a e, por fim, placando sobre ela. Via-in-pad é tipicamente um processo de 10 a 12 etapas que requer equipamentos especializados e técnicos qualificados.

Tecnologia de Perfuração a Laser: Projetos HDI any-layer frequentemente necessitam microvias a laser, criadas com brocas a laser capazes de gerar lasers de até 20 micrômetros de diâmetro para cortar com precisão metal e vidro, produzindo furos minúsculos e impecáveis. Usar materiais como vidro uniforme com baixa constante dielétrica pode reduzir ainda mais as dimensões dos furos.

Processo de Fabricação de PCB HDI:

O design de uma PCB HDI é crítico para sua fabricação bem-sucedida. O projeto deve considerar cuidadosamente os seguintes fatores:

● Largura e espaçamento de linhas: PCBs HDI geralmente possuem larguras e espaçamentos de 1 mil ou menos. Isso exige técnicas precisas de projeto e fabricação para garantir que as trilhas sejam formadas corretamente e que não haja interferência elétrica entre elas.

● Tamanho e posicionamento de vias: PCBs HDI frequentemente usam microvias, com diâmetro de 6 mils ou menos. Microvias são mais difíceis de perfurar e placar do que vias tradicionais, devendo ser cuidadosamente posicionadas.

● Empilhamento: PCBs HDI frequentemente possuem empilhamentos complexos, com múltiplas camadas de cobre e material dielétrico. O empilhamento deve ser cuidadosamente projetado para garantir que a placa seja elétrica e mecanicamente sólida.

Você pode ver o artigo completo sobre o processo de fabricação de PCB aqui.

HDI Custo-Efetivo:

Enquanto alguns produtos de consumo diminuem de tamanho, a qualidade continua sendo o fator mais importante para o consumidor, seguida do preço. Usando a tecnologia HDI no design, é possível reduzir uma PCB 8-camadas com furos passantes para uma PCB 4-camadas com tecnologia de microvias HDI. As capacidades de trilhado de uma PCB HDI 4 camadas bem projetada podem alcançar as mesmas ou melhores funções que uma PCB padrão de 8 camadas. Embora o processo de microvias aumente o custo da PCB HDI, a redução adequada no número de camadas reduz significativamente o custo em polegadas quadradas de material e na contagem de camadas.

Para gerenciar eficazmente os custos de sua PCB HDI, considere os seguintes fatores:

1) Vias e Furos: Vias menores exigem mais precisão e custam mais. Mais vias também aumentam os custos.

2) Empilhamento e Camadas: Empilhamentos complexos e camadas adicionais aumentam custos; busque o número mais eficiente.

3) Materiais: A escolha de materiais de núcleo (como FR4, metal) e acabamentos de superfície (como ENIG) afeta os custos.

4) Laminações: Mais laminações melhoram o desempenho, mas aumentam custo e tempo de processamento.

5) Empilhadas vs. Escalonadas: Vias empilhadas custam mais devido a materiais e tempo adicionais.

6) Tamanho de Pad: Otimize o tamanho de pad desde o início para reduzir custos.

7) Prazo de Entrega: Pedidos urgentes custam mais; planeje com antecedência para economizar.

8) Fornecedor: Escolha um fornecedor que ofereça produtos de alta qualidade a preços competitivos para evitar despesas futuras.

Indústrias e Aplicações de PCB HDI:

A tecnologia HDI é essencial para a eletrônica moderna, permitindo dispositivos menores e econômicos sem comprometer o desempenho. As principais indústrias que usam PCBs HDI incluem:

Eletrônicos de Consumo: PCBs HDI são encontrados em smartphones, laptops, dispositivos vestíveis, gadgets de casa inteligente e IoT, permitindo tecnologia de consumo miniaturizada e poderosa.

Comunicações: Essenciais em roteadores, switches e semicondutores, placas HDI suportam comunicação eletrônica, mídia digital e infraestrutura de rede.

Automotivo e Aeroespacial: PCBs HDI possibilitam componentes compactos e leves para carros e aeronaves, suportando WiFi, GPS, câmeras e sensores, contribuindo para operação mais eficiente.

Dispositivos Médicos: Usados em equipamentos avançados de monitoramento, imagem e cirurgia, a tecnologia HDI melhora o desempenho e reduz o tamanho dos dispositivos.

Aplicações Industriais: Placas HDI alimentam dispositivos IoT e sensores inteligentes em manufatura, armazenagem e operações industriais, otimizando desempenho e conectividade.