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¿Qué es una HDI PCB?

HDI PCB

HDI PCB significa PCB de interconexión de alta densidad, que es un tipo de tecnología utilizada en la producción de placas de circuito impreso. Las PCB HDI son conocidas por su alta densidad de circuitos y utilizan tecnología microciega. Representan uno de los segmentos de más rápido crecimiento en el mercado de placas de circuito impreso. Debido a la mayor densidad de circuitos de las PCB HDI, permite la consolidación de líneas y espacios más finos, orificios pasantes más pequeños y almohadillas de captura, así como una mayor densidad de almohadillas de interconexión. Los PCB HDI presentan vías ciegas y vías enterradas y, por lo general, incluyen microvías con diámetros de 0,006 o menos.

En septiembre de 1994, un consorcio cooperativo de la industria de PCB en los Estados Unidos, conocido como ITRI (Interconnection Technology Research Institute), se embarcó en la investigación para producir placas de circuitos de alta densidad, conocido como el Proyecto Octubre. Utilizaron el prototipo MTV1 y MRTV2.2 de Motorola (junio de 1996) para experimentar con la producción de vías micro ciegas utilizando métodos de perforación no mecánicos. Estos métodos incluyeron ablación con láser, fotovía, grabado con plasma y grabado alcalino.

La nueva era de las placas de circuito de interconexión de alta densidad (HDI) comenzó oficialmente con la publicación del informe de la ronda 2 de la fase I del proyecto de octubre el 15 de julio de 1997. Inicialmente, estos productos se denominaron SBU (unidad de pequeña empresa) en el oeste países, mientras que en Japón, fueron llamados MVP (Miniature Vias and Pads), debido a sus estructuras de agujeros significativamente más pequeñas en comparación con las placas anteriores. Sin embargo, finalmente, la American IPC (Association Connecting Electronics Industries) unificó la terminología y los denominó «HDI«.

La principal diferencia entre PCB HDI y PCB tradicional

HDI PCB

Las placas HDI, también conocidas como placas multicapa de acumulación (BUM), se construyen utilizando placas tradicionales de doble cara como sustrato central, que se apilan y laminan continuamente. En comparación con las placas de circuito convencionales, las placas HDI ofrecen ventajas como ser ligeras, delgadas, cortas y pequeñas. Las interconexiones eléctricas entre capas en placas HDI se logran a través de vías conductoras, vías enterradas y vías ciegas. La composición estructural de las placas HDI difiere de las placas multicapa normales, ya que incorporan ampliamente vías ciegas microenterradas.
Las placas de circuitos multicapa tradicionales solo tienen orificios pasantes y no tienen pequeñas vías ciegas enterradas. Las interconexiones eléctricas en estas placas de circuitos se logran conexiones de orificio pasante, lo que requiere un mayor número de capas para cumplir con los requisitos de diseño. Por el contrario, las placas HDI emplean una persiana micro enterrada a través del diseño, lo que requiere menos capas para satisfacer las necesidades de diseño, lo que las hace más ligeras y delgadas.

Las principales ventajas de HDI PCB

Alta fiabilidad de HDI PCB

Los pilares de cobre mejoran la confiabilidad al reducir los desajustes de impedancia entre los diferentes metales utilizados en el apilamiento, debido a sus diferentes coeficientes de expansión térmica. Además, las placas HDI exhiben una menor sensibilidad a factores ambientales como la humedad y la temperatura en comparación con las placas de circuito impreso tradicionales, gracias a su mayor resistencia mecánica.

Interconexión de alta densidad de PCB HDI

El uso de pilares de cobre permite la interconexión de alta densidad sin aumentar el número de capas en la placa de circuito. Esto proporciona una mayor flexibilidad en el enrutamiento de señales de un lado de la placa al otro sin la necesidad de costosos orificios pasantes chapados o vías ciegas. La presencia de pilares de cobre también ayuda a reducir la diafonía entre señales enrutadas en diferentes capas al proporcionar puntos de conexión eléctrica adicionales en cada interfaz de capa.

Dimensiones más pequeñas de HDI PCB

La interconexión de alta densidad se logra colocando los componentes más juntos que las placas de circuito tradicionales, lo que reduce el tamaño total de la placa de circuito y mantiene el mismo nivel de rendimiento. Por ejemplo, los dispositivos médicos a menudo requieren envases pequeños con altas tasas de transmisión, que solo pueden proporcionar los PCB HDI. Por ejemplo, los implantes deben ser lo suficientemente pequeños para caber dentro del cuerpo humano, pero cualquier dispositivo electrónico involucrado en los implantes debe permitir efectivamente la transmisión de señales de alta velocidad.

reducción de peso

La reducción general del volumen permite placas de circuito más delgadas sin comprometer el rendimiento o la confiabilidad. Esto también disminuye la cantidad de materiales utilizados durante el proceso de producción, lo que reduce los costos de materiales y los gastos de eliminación de desechos.

Capacitancia e inductancia más bajas de HDI PCB

Las interconexiones tienen una capacitancia e inductancia más bajas en comparación con las PCB tradicionales, lo que ayuda a mejorar la integridad de la señal, reducir el ruido y aumentar el ancho de banda.

Mayor rendimiento de HDI PCB

Las placas HDI ofrecen una mejor disipación de calor e integridad de la señal en comparación con las PCB tradicionales. La mayor densidad permite componentes más pequeños y capas más delgadas mientras mantiene las características de impedancia requeridas. Esto da como resultado un rendimiento superior tanto en circuitos digitales como analógicos, especialmente en términos de inmunidad al ruido e integridad de la señal.

Altamente personalizable

Los PCB HDI ofrecen un alto grado de personalización, lo que permite no solo el tamaño y el grosor del circuito, sino también la capacidad de darle forma de acuerdo con los requisitos específicos. Esto permite la construcción de diseños más complejos dentro de factores de forma más pequeños, lo que es especialmente ventajoso para dispositivos inalámbricos con limitaciones de espacio, como teléfonos inteligentes y tabletas.

Menor costo de HDI PCB

Los PCB HDI son más rentables de producir en comparación con las placas de circuitos tradicionales. Requieren menos capas de cobre por pulgada cuadrada, lo que reduce los costos de producción. Además, dado que no necesitan componentes caros de orificio pasante, sus gastos de fabricación son inferiores a los de las placas de circuitos convencionales.

Factores que afectan el costo de la PCB HDI

Tipo y número de orificios pasantes o microagujeros: El tipo y la cantidad de vías o microvías en los PCB HDI afectarán su costo. El costo es mayor para diámetros más pequeños en comparación con los más grandes, ya que requieren una mayor precisión. Además, aumentar el número de agujeros también elevará el precio.
Altura de la pila y recuento de capas: el tipo de pila que necesita también afectará el costo. Un diseño de PCB de alta densidad 2-n-2 es más complejo que un 1-n-1, por lo tanto, será más costoso. Las capas adicionales aumentarán el precio. Debe elegir el recuento de capas más rentable.

HDI Stack height and layer count

Materiales utilizados: El material del núcleo puede ser FR4, metal, fibra de vidrio u otros materiales. Para el tratamiento de superficies, puede elegir ENIG, HASL, estaño de inmersión, plata de inmersión, chapado en oro u otros tipos. ENIG es el método de tratamiento de superficie más común para HDI debido a su planitud y facilidad de soldadura.

Laminaciones múltiples: El número de capas y la estructura de los agujeros ciegos enterrados determinan el número requerido de laminaciones. Si bien más capas de laminación implican un mayor tiempo de procesamiento y mayores costos, invertir en capas adicionales puede mejorar el rendimiento y la rentabilidad del producto.

Llenado por vía vs. orificio pasante: También puede haber diferencias de costo entre las configuraciones de llenado de vía y orificio pasante. Las microvías en el relleno de vía se pueden llenar con cobre, mientras que las microvías en los orificios pasantes no pueden. Rellenar vías enterradas ciegas requiere más material y tiempo.
Tamaño de la almohadilla: Es importante determinar el tamaño de la almohadilla lo antes posible para ayudar a reducir los costos. Comprender el tamaño de PAD apropiado lo ayudará a planificar el diseño de manera efectiva y económica.

Ciclo de producción: Solicitar una entrega urgente de PCB puede generar costos más altos, ya que se requieren recursos adicionales para cumplir con el pedido acelerado. A veces, surgen situaciones de última hora que están fuera de su control, pero planificar los pedidos con anticipación puede ayudar a mejorar la rentabilidad. SprintPCB ofrece plazos de producción rápidos y servicio al cliente.
Proveedor de PCB: Su elección de socio de PCB tendrá un impacto significativo en el costo de sus placas HDI. Desea seleccionar un proveedor que ofrezca precios competitivos y, al mismo tiempo, ofrezca productos de alta calidad para garantizar la rentabilidad. Pedir productos de alta calidad es preferible a pedir piezas para reparación o reemplazo.

¿Cuáles son las claves para un diseño exitoso de PCB HDI?

En comparación con las placas de circuito regulares, las placas de circuito HDI (interconexión de alta densidad) suelen tener densidades de cableado y almohadillas más altas. También cuentan con anchos de trazo y espacios más pequeños. Estas características se consiguen mediante la incorporación de técnicas como las vías ciegas, las vías enterradas y las microvías. Estos avances tecnológicos también los hacen más caros en comparación con las placas de circuitos tradicionales.
Los tres principios principales para el diseño de PCB HDI son los siguientes:
En primer lugar, a diferencia de las placas de circuito tradicionales con orificios pasantes enchapados (PTH), se utilizarán microvías. Esto aumentará la densidad de enrutamiento de las capas internas.
En segundo lugar, deberá considerar un nuevo método de apilamiento de capas que ayudará a eliminar las vías de orificio pasante.
En tercer lugar, asegurarse de que la colocación de microvías permita la creación de canales y vías para mejorar el enrutamiento.

La aplicación de HDI PCB

The application of HDI PCB

HDI PCB es adecuado para diversas industrias. Como se mencionó anteriormente, puede encontrarlos en todo tipo de dispositivos digitales como teléfonos inteligentes y tabletas, y la miniaturización es la clave para su aplicación efectiva. También puede encontrarlos en vehículos como automóviles, aviones y otros vehículos que dependen de productos electrónicos. Estas son algunas aplicaciones de HDI PCB:
Productos electrónicos en la industria automotriz (navegación, GPS, etc.)
Smartphones y teléfonos móviles
Ordenadores portátiles
Consolas de juegos
Tecnologías portátiles (Apple Watch, rastreadores de fitness, etc.)
Telecomunicaciones

apple watch Military and aerospace

Las tendencias futuras de desarrollo de la industria del HDI

Aunque China se ha convertido en el mercado de PCB más grande del mundo, la capacidad de producción del continente aún se enfoca principalmente en productos de baja tecnología y bajo valor agregado. Según las estadísticas de Prismark, en 2016, China continental representó el 19,1 %, 13,5 % y 10,4 % del valor de producción en los mercados de PCB de 4 capas, 6 capas y 8-16 capas, respectivamente. El volumen de ventas de placas portadoras de circuitos integrados y placas de capa alta de 18 capas o más tuvo una pequeña participación, solo 2,7% y 1,2%, respectivamente. Las cuotas de mercado de los tableros HDI y los tableros flexibles fueron del 16,5% y 17,1%, respectivamente.
Actualmente, el proceso de supervivencia del más apto se está acelerando en la industria de China continental, y la industria de PCB está entrando en una fase de mejora. Los productos de alta gama y de vanguardia todavía se concentran en Japón, Taiwán, Corea del Sur y Europa Occidental. Desde un punto de vista tecnológico, Japón sigue siendo el principal productor mundial de PCB de gama alta y se especializa en placas HDI avanzadas, sustratos de paquetes y placas flexibles de alta densidad. Estados Unidos aún mantiene capacidades de investigación y producción para PCB altamente complejos, centrándose principalmente en placas multicapa de alta gama, que se utilizan ampliamente en los sectores militar, aeroespacial y de comunicaciones nacionales. Corea del Sur y Taiwán también han entrado gradualmente en la competencia en áreas de mayor valor agregado, como sustratos de paquetes y tableros HDI.

Las demandas de la industria están impulsando el rápido desarrollo de la tecnología HDI (interconexión de alta densidad). Los productos electrónicos como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles están evolucionando hacia la miniaturización, la multifuncionalidad y la duración prolongada de la batería. Tomando a Apple como ejemplo, el iPhone 4S introdujo Anylayer HDI por primera vez, mientras que el iPhone X incorporó la tecnología SLP (Substrate-Like PCB).
La tecnología SLP apilada permitió que la placa base del iPhone X tuviera solo el 70 % del tamaño de la placa base del iPhone 8 Plus. Con la actualización a la tecnología de comunicación 5G, Huawei, OPPO y vivo han adoptado ampliamente las placas base Anylayer HDI en sus modelos 5G, e incluso los modelos convencionales y de gama baja han visto un aumento en el nivel HDI de sus placas base. La evolución de las placas base de los teléfonos inteligentes ha progresado desde HDI de una sola capa hasta HDI de alto nivel y de nivel arbitrario, y luego hasta SLP, con una reducción continua en el ancho/espaciado de línea y una mejora continua en la densidad de los componentes.
El espacio de productos HDI (High-Density Interconnect) para automóviles es enorme. Con la tendencia hacia la inteligencia y la automatización, existe un gran potencial de crecimiento en la configuración y el rendimiento de los controladores de dominio de vehículos, que abarcan los sistemas de entretenimiento, ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) y los sistemas de conducción autónoma. Este crecimiento se ve facilitado por un número cada vez mayor de chips informáticos de alta velocidad empaquetados en un volumen limitado. Por ejemplo, el controlador ADAS de Tesla adopta un diseño HDI de 8 capas de tercer orden. En el futuro, se espera que el camino de desarrollo de las placas base para automóviles siga una trayectoria similar a la de las placas base para teléfonos móviles, progresando desde procesos HDI de nivel inferior a nivel superior.

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