Directrices de diseño de HDI

La interconexión de alta densidad (HDI) puede considerarse una innovación de las placas de circuito impreso (PCB) tradicionales. La razón es que HDI hace que muchos sistemas tengan recuentos de componentes y recuentos netos elevados. Las aplicaciones de HDI incluyen teléfonos inteligentes, computadoras potentes, equipos de red, aeroespacial, etc. Para lograr el propósito de empaquetar más componentes en una placa pequeña, los diseñadores deben enfrentar los siguientes desafíos:

  • El espacio de trabajo limitado de la junta
  • Cómo lograr huellas de componentes más pequeñas
  • Los problemas de espacio denso entre los componentes y otras características físicas
  • El aumento del retraso en la propagación de la señal causado por trazas más largas
  • Más rutas de rastreo
  • Más componentes a cada lado del tablero

Las huellas de componentes se refieren a patrones en el diseño de PCB que indica la ubicación de los componentes que serán soldados durante el montaje. Los diseñadores intentan hacer que las huellas de los componentes sean más pequeñas para reducir el espacio ocupado. De acuerdo con IPC-7351, las huellas generalmente se dividen en tres categorías:

  • Nivel de densidad A: es adecuado para productos de baja densidad y ocupa más área de tablero que los otros dos
  • Density Level B: es adecuado para productos con un nivel moderado de densidad de componentes
  • Nivel de densidad C: es para HDI y ocupa menos espacio que los otros dos

El HDI con huellas pequeñas

Figura 1: El HDI con huellas pequeñas

Para un diseño HDI, los diseñadores generalmente incluyen las siguientes características para acomodar componentes de paso fino:

  • Microvías
  • Rastros más delgados
  • Recuento de capas más alto
  • Niveles de señal más bajos

De acuerdo con los requisitos de diseño de HDI, las microvías que se perforan mecánicamente o con láser se pueden escalonar o apilar. Estas diversas configuraciones de vía son principalmente para componentes de matriz de rejilla de bolas (BGA) con diferentes pasos. Además, la elección de las vías determina la duración, los trámites y el coste del proceso. En cuanto a las trazas más delgadas, permiten una mayor densidad de trazas para establecer una conexión entre las vías y cada capa. En comparación con las placas PCB tradicionales, el recuento de capas HDI puede llegar a 30 o incluso más capas. Para evitar ESD causado por la alta intensidad de campo entre líneas adyacentes y el aumento excesivo de temperatura en los conductores, el HDI no se utiliza para alta tensión o alta corriente. En general, al optimizar los costos y la fabricación, todas estas características deben tenerse en cuenta.

Microvías en el Layout HDI

Figura 2: Microvías en el diseño HDI

En el proceso de diseño de diseño de HDI, la selección de componentes requiere mucho tiempo porque los componentes montados en la placa determinan el ancho de la pista, los requisitos de la pista, el tamaño de la perforación y el apilamiento. La optimización entre el área disponible limitada en el HDI y el número de capas proporcionará el tamaño de componente ideal ya que el área utilizable más pequeña limita el tamaño de las huellas del componente y los componentes de paso fino requieren más capas para el enrutamiento. Si la colocación de los componentes es incorrecta, afectará el funcionamiento y la eficiencia de la placa. No debe haber EMI ni capacitancia o inductancia parásita entre los pines o pads adyacentes. De este modo, antes de colocar los componentes en la PCB, la posibilidad de mejorar la integridad de la señal debe estudiarse en consecuencia. Además, la ubicación de los componentes también afecta las ubicaciones de las vías. Por lo tanto, si las posiciones de las vías no son simétricas, toda la placa de circuito recibirá fuerzas desiguales, lo que puede incluso afectar la resistencia de la placa de circuito. Los siguientes cuatro factores determinan la selección de los componentes de HDI:

  • Disponibilidad
  • Trazabilidad
  • Performance
  • Empaquetado o patrón terrestre

Los paquetes SMD con huellas pequeñas son una opción para resistencias y capacitores en HDI. Pero componentes tales como transformadores, resonadores de cristal de cuarzo, resonadores cerámicos, filtros, etc. no están disponibles en estos estilos de paquetes extremadamente pequeños. Los paquetes BGA son otra opción para HDI. Los pines están ubicados debajo de la superficie de los componentes, se reduce el consumo de espacio de estos componentes.

Paquetes SMD en HDI

Figura 3: Paquetes SMD en HDI

Paquetes BGA en HDI

Figura 4: Paquetes BGA en HDI

 

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Referencia:

https://www.protoexpress.com/blog/choosing-smaller-footprints-hdi-design/

https://resources.altium.com/p/how-to-pack-more-complexity-into-a-smaller-footprint-using-hdi

https://www.nwengineeringllc.com/article/hdi-layout-guidelines-for-your-next-pcb.php