Diretrizes de Layout HDI
High Density Interconnect (HDI) pode ser considerado uma inovação das tradicionais placas de circuito impresso (PCB). A razão é que o HDI faz com que muitos sistemas tenham altas contagens de componentes e contagens líquidas. As aplicações do HDI incluem smartphones, computadores poderosos, equipamentos de rede, aeroespacial, etc. Para atingir o objetivo de empacotar mais componentes em uma pequena placa, os designers precisam enfrentar os seguintes desafios:
- O espaço de trabalho limitado da placa
- Como obter pegadas de componentes menores
- Os problemas de espaçamento denso entre componentes e outros recursos físicos
- O aumento do atraso de propagação do sinal causado por traços mais longos
- Mais rotas de rastreamento
- Mais componentes em ambos os lados da placa
As pegadas dos componentes referem-se a padrões no layout da PCB que indica a localização dos componentes que serão soldados durante a montagem. Os designers tentam tornar as pegadas dos componentes menores para reduzir o espaço ocupado. De acordo com a IPC-7351, as pegadas são geralmente divididas em três categorias:
- Densidade Nível A: é adequado para produtos de baixa densidade e ocupa mais área de placa do que os outros dois
- Nível de densidade B: é adequado para produtos com um nível moderado de densidade de componentes
- Densidade Nível C: é para HDI e ocupa menos espaço que os outros dois
Figura 1: O IDH com Pequenas Pegadas
Para um layout HDI, os designers geralmente incluem os seguintes recursos para acomodar componentes de passo fino:
- Microvias
- Traços mais finos
- Contagem de camadas mais alta
- Níveis de sinal mais baixos
De acordo com os requisitos de projeto do HDI, as microvias que são perfuradas mecanicamente ou a laser podem ser escalonadas ou empilhadas. Essas várias configurações de via são principalmente para componentes de matriz de grade de bola (BGA) com diferentes passos. Além disso, a escolha das vias determina a duração, etapas e custo do processo. Quanto aos traços mais finos, eles permitem uma maior densidade de traços para estabelecer uma conexão entre as vias e cada camada. Comparado às placas PCB tradicionais, a contagem de camadas HDI pode chegar a 30 ou até mais camadas. Para evitar ESD causado pela alta intensidade de campo entre linhas adjacentes e o aumento excessivo de temperatura nos condutores, o HDI não é usado para alta tensão ou alta corrente. Em suma, ao otimizar custos e fabricação, todos esses recursos precisam ser levados em consideração.
Figura 2: Microvias no Layout HDI
No processo de design de layout HDI, a seleção de componentes é demorada porque os componentes montados na placa determinam a largura do traço, os requisitos do traço, o tamanho da perfuração e o empilhamento. A otimização entre a área disponível limitada no HDI e o número de camadas fornecerá o tamanho ideal do componente, uma vez que a área útil menor limita o tamanho das pegadas do componente e os componentes de passo fino exigem mais camadas para roteamento. Se a colocação dos componentes estiver errada, isso afetará a operação e a eficiência da placa. Nenhuma capacitância ou indutância EMI e parasita deve ocorrer entre os pinos ou almofadas adjacentes. Desta forma, antes de colocar os componentes no PCB, a possibilidade de melhoria da integridade do sinal deve ser estudada em conformidade. Além disso, a colocação do componente também afeta as localizações da via. Portanto, se as posições das vias não forem simétricas, toda a placa de circuito receberá forças desiguais, que podem até afetar a resistência da placa de circuito. Os quatro fatores a seguir determinam a seleção dos componentes do IDH:
- Disponibilidade
- Rastreabilidade
- Performance
- Padrão empacotado ou terrestre
Os pacotes SMD com dimensões reduzidas são uma opção para resistores e capacitores em HDI. Mas componentes como transformadores, ressonadores de cristal de quartzo, ressonadores cerâmicos, filtros, etc., não estão disponíveis nesses estilos de embalagem extremamente pequenos. Os pacotes BGA são outra opção para HDI. Os pinos estão localizados abaixo da superfície dos componentes, o consumo de espaço desses componentes é reduzido.
Figura 3: Pacotes SMD em HDI
Figura 4: Pacotes BGA em HDI
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Referência:
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