¿Pueden los PCB HDI satisfacer sus necesidades? Análisis experto

Recientemente ha habido una demanda dramática de dispositivos electrónicos más sofisticados con potentes capacidades computacionales para habilitar tecnologías emergentes como IoT y redes 4G/5G. El PCB HDI es un habilitador crítico para proporcionar dispositivos electrónicos potentes pero pequeños, usando la misma o menor área que la tecnología PCB tradicional.

En este artículo exploramos esta tecnología PCB. Empezamos definiendo qué son los PCB HDI y cómo se diseñan y fabrican. Explicamos elementos vitales: materiales HDI, elección de fabricante y previsión del mercado internacional.

1. ¿Qué es un PCB HDI?

Dispositivos electrónicos con diseños más ligeros, finos y pequeños han impulsado a los PCB a volverse más avanzados, surgiendo los PCB HDI (High-Density Interconnection). La principal diferencia con los tradicionales es que proporcionan alta densidad mediante capas de microvías.

Los métodos de ruteo convencionales no logran esto. En HDI, las capas son microvías con diámetros y profundidades de 50-150 µm. Permiten fabricar PCB HDI finos y pequeños para dispositivos electrónicos diminutos con capacidades mejoradas.

Normalmente, estas capas de microvías se construyen sobre un PCB base (p. ej., monocapa o multicapa). Pueden crearse en ambas caras del tablero base. La conexión eléctrica entre la placa base y las capas adicionales se realiza vía microvías.

Al ser diminutas las dimensiones del pad de microvía, se reduce significativamente el tamaño y peso de la placa, reduciendo el tamaño global del producto electrónico. El uso de microvías también mejora el rendimiento eléctrico.

Ventajas del PCB HDI:

• Tamaño reducido
• Ligero
• Mejor rendimiento eléctrico
• Rentable
• Tiempos de fabricación más rápidos
• Menor transferencia de calor
• Consumo eficiente de energía → mayor duración de batería
• Alta tasa de transmisión de señal y mejor calidad de señal

2. Diseño de PCB HDI

La gran mayoría de tecnologías de empaquetado disponibles dependen del proceso HDI. Se requiere ancho de línea/espacio mínimo de 100 µm para rendimiento industrial estable. La tecnología build-up en HDI usa taladrado láser, taladrado por plasma o dieléctricos fotoimagenables para formar vías ciegas y lograr las altas densidades necesarias para distribuir un array flip-chip.

En muchos casos, al necesitar solo 1-2 flip-chips, se subutiliza la tecnología HDI en el resto de la placa. Según estándares universales IPC-2221A e IPC-2222 sobre reglas de diseño PCB, limitamos la relación de aspecto a 6:1 – 8:1 máximo para vías through-hole.

Similarmente, sugerimos diámetro de taladro de 0,25 mm para ancho típico de PCB de 1,60 mm. Estas restricciones son apropiadas para fabricación y WellPCB las recomienda. Para IPC clase 3, parámetros de consistencia como estos son esenciales.

Por motivos de fiabilidad, no podemos reducir dimensiones del pad de vía ni diámetro del agujero. Según IPC-2221A, limitamos el tamaño del pad a 0,55–0,60 mm.

3. Claves importantes en el proceso de fabricación HDI

Apertura (Aperture)

Parámetro clave en fabricación HDI es la relación de apertura. Debe considerarse al diseñar agujeros pasantes y ciegos. Típicamente, apertura through-hole ~0,15 mm con taladro mecánico tradicional, relación espesor/apertura ≥ 8:1. Con taladro láser, recomendamos apertura 3–6 µm con relación 1:1 máximo.

Apilado (Stack)

Varios factores afectan las placas durante el apilado: temperatura, presión. Si las placas resultantes no son simétricas (tensión desigual), aparece warpage (alabeo) en un lado, reduciendo rendimiento. El diseñador debe considerar diseño de apilado no simétrico y distribución desigual de agujeros.

Flujo de proceso (Process flow)

Hay muchas similitudes en el flujo entre HDI y PCB ordinarios. Por ejemplo, HDI de 6 capas y 2 stacks tiene mismo flujo que PCB ordinario salvo la secuencia de taladrado. En taladrado láser, formamos agujeros ciegos en PCB HDI a alta temperatura para quemar paredes. En HDI de 2 capas, plateamos y rellenamos agujeros ciegos profesionalmente, lo que encarece el proceso.

4. Cómo elegir el material adecuado para sus PCB HDI

Los materiales más finos determinan el producto final, ya que pueden ser factor crucial. En fabricación HDI manejamos diversos materiales según especificaciones finales requeridas.

Materiales necesarios pueden ser FR4, metal, fibra de vidrio, según el tipo de producto. Para acabado superficial HDI puede elegir: ENIG, HASL, inmersión estaño, inmersión plata, oro. Recomendamos ENIG por su suavidad y soldabilidad flexible.

5. Qué buscar en su fabricante de PCB HDI

Elegir un fabricante HDI que satisfaga todas sus necesidades para construir placas complejas con alta calidad es esencial. La fabricación HDI es compleja; busque siempre fabricante con tecnologías multicapa avanzadas comprometido con alta calidad.

WellPCB ofrece ventaja competitiva en fabricación HDI. Ofrecemos cotizaciones rápidas y fiables. Como fabricante HDI experimentado con reputación consolidada, damos sugerencias innovadoras desde la fase de diseño hasta el paso final. Nuestro equipo de ingeniería se compromete a entregar productos finales excepcionales con PCB de alta calidad y defectos mínimos. Descubra más sobre nuestros servicios de fabricación PCB.

6. Previsión del mercado global HDI PCB

Los fabricantes PCB han dedicado esfuerzo significativo a HDI por años, con valor de mercado de 9.500 millones $ en 2017. Expertos esperan 22.000 millones $ para 2025 con CAGR 11%.

Con smartphones y dispositivos móviles ultracompactos, los semiconductores aumentan pin-counts reduciendo tamaño. Para 2020, pines I/O de alta velocidad superarían 4.000 por flip-chip, requiriendo pitch ultra-fino en zona de array. La mayoría de proveedores PCB chinos ofrecen hoja de ruta de empaquetado definida por ITRI.

Estos números de pines seguirán aumentando siguiendo la ley de Moore. El empaquetado de tales chips será un reto en coste y rendimiento.

La tecnología de empaquetado más disponible ahora depende del proceso HDI, donde ancho de línea/espacio mínimo de 100 µm garantiza rendimiento de fabricación estable.

Conclusión

La práctica común para aumentar densidad de interconexión de sustrato o PCB es aumentar capas metálicas y controlar espesor total de dieléctrico y metalización para obtener menor tamaño final. El PCB HDI es la mejor opción para circuitos complejos que deben implementarse en PCB de pequeñas dimensiones.