PCB HDI | Fundamentos de diseño y proceso de fabricación

La miniaturización lo cambió todo. Más capas. Trazos más finos. Espaciado más estrecho. Pero las PCB estándar no pueden seguir el ritmo.

Presentamos HDI (Interconexión de Alta Densidad). Estas placas utilizan microvías, dieléctricos delgados y laminación avanzada para enrutar señales complejas en un espacio compacto. Las encontrará en teléfonos inteligentes, módulos de RF, implantes médicos y sistemas avanzados de asistencia al conductor. No solo son más pequeñas, sino que también ofrecen un enrutamiento más inteligente, mejor integridad de la señal y mayor confiabilidad.

En esta guía, analizaremos las estructuras de PCB y microvías HDI y explicaremos por qué esta tecnología impulsa la electrónica moderna de alto rendimiento.

 

 

  

  

¿Qué es una PCB HDI?

HDI significa Interconexión de Alta Densidad (HDI). Pero es más que una simple placa de circuito compacta. Es una estrategia de diseño avanzada que permite optimizar la funcionalidad en menos espacio, sin sacrificar el rendimiento. Estas placas utilizan microvías, vías ciegas y enterradas, dieléctricos ultrafinos y múltiples capas apiladas para lograr un enrutamiento increíblemente denso.

No los encontrará en dispositivos básicos de consumo. Una PCB de interconexión de alta densidad es crucial en sistemas de alto rendimiento, como controles aeroespaciales, módulos 5G, sistemas LiDAR, implantes neuronales y comunicaciones de grado militar. Donde el tamaño, la velocidad y la fiabilidad importan, HDI es la solución.

Están diseñados para manejar componentes de paso fino, a menudo inferiores a 0.5 mm. Esto permite conexiones más estrechas, señales más rápidas y una menor interferencia electromagnética. Las PCB tradicionales simplemente no pueden soportar ese nivel de complejidad.

No se trata solo de ahorrar espacio. La tecnología HDI PCB reduce la pérdida de señal, mejora el suministro de energía y permite velocidades de conmutación más rápidas. En un mundo impulsado por la IA, la computación de borde y los sistemas de sensores compactos, HDI se ha convertido en una infraestructura esencial, impulsando silenciosamente la próxima generación de electrónica inteligente desde dentro hacia fuera.

Estructura de los PCB HDI

Ahora, hablemos de lo que hace que una placa HDI sea diferente.Las PCB tradicionales tienen vías mecánicas perforadas de gran tamaño y pistas relativamente anchas. Las PCB HDI utilizan:

•  microvías perforadas con láser,

•  espaciado de trazas más estrecho,

•  y tecnología de capas apiladas.

Toda la estructura está diseñada para optimizar cada milímetro cuadrado. Hay una razón clara: la demanda de más E/S, componentes más pequeños y señales de mayor velocidad.

Estructura de la capa

Las PCB HDI comunes siguen una estructura 1+N+1, donde:

   

•  "N" es el número de capas del núcleo.

•  Los “1” a cada lado son las capas externas de HDI conectadas por microvías.

Y no se queda ahí. Los diseños HDI avanzados utilizan 2+N+2. Tiene:

  

•  Dos capas HDI en la parte superior y dos en la parte inferior.

•  Más canales de enrutamiento. Más espacio para respirar.

¿Aún no es suficiente? Puedes llevarlo aún más lejos: 3+N+3, o incluso más. Es un enfoque escalable. Solo se añaden capas cuando el diseño realmente las necesita, lo que mantiene los costes (y los dolores de cabeza) bajo control.

La interconexión de capas (HDI) de cualquier capa, también llamada ELIC (Interconexión de Capas), elimina las limitaciones. Las microvías ahora pueden conectar dos capas cualesquiera directamente, sin necesidad de ir paso a paso. El enrutamiento se vuelve increíblemente eficiente. Así es como tu smartphone consigue todo ese rendimiento en una placa más pequeña que una tarjeta de crédito.

Estas placas se fabrican mediante laminación secuencial. Esto significa que se lamina, perfora, platea y repite el proceso capa por capa. Esto permite conexiones ultraprecisas entre circuitos internos densos.

La estructura generalmente incluye:

•  Capa central:Generalmente FR-4 o un laminado de alto rendimiento.

•  Preimpregnado:Láminas de fibra de vidrio impregnadas con resina que unen capas de cobre.

•  Hoja de cobre:Para trazas y planos de señales.

•  Microvías:Agujeros perforados con láser de diámetro inferior a 150 micras, recubiertos de cobre.

Todos estos elementos se combinan para soportar matrices de rejilla de bolas (BGA) con un paso de 0.4 mm o inferior. Esto es prácticamente imposible con la tecnología de vía tradicional.

Un punto clave: HDI no se trata solo de reducir el tamaño de los elementos. Se trata de permitir un rendimiento fiable en diseños compactos. Esto requiere un registro de capas perfecto, un recubrimiento continuo uniforme y una alineación precisa durante la fabricación.

Apilado de PCB HDI

Los diseñadores suelen decir: si la disposición de los elementos es incorrecta, el tablero fallará, sin importar lo bueno que sea el diseño.

Un apilamiento de PCB HDI es más que una simple disposición de capas de cobre y dieléctricas. Es una arquitectura eléctrica cuidadosamente diseñada. Cada capa cumple una función (señal, alimentación, tierra, blindaje) y la estrategia de vías lo integra todo.

Veamos un ejemplo simplificado de pila HDI:

1. Capa de señal superior

2. Dieléctrico (Preimpregnado)

3. Plano de tierra

4. núcleo

5. Plano de potencia

6. Dieléctrico

7. Capa de señal inferior

Parece sencillo, ¿verdad? No exactamente. En el diseño HDI, las microvías y las vías ciegas/enterradas crean conexiones verticales entre capas específicas. Se puede tener una vía de la Capa 1 a la Capa 2, y una vía enterrada independiente de la Capa 3 a la Capa 5. O una vía apilada que va de la Capa 1 a la Capa 6.

Estas elecciones no son aleatorias. Se basan en:

•  Requisitos de sincronización de señales

•  Control de impedancia

•  Minimización de la diafonía

•  Estrategias de distribución y desacoplamiento de energía

Para diseños digitales de alta velocidad (por ejemplo, DDR4, USB 3.0 o HDMI), a menudo se ven pistas dedicadas de línea de banda o microbanda con control de impedancia, incrustadas en capas específicas. Y todo esto se integra en una placa que podría tener tan solo 0.8 mm de grosor.

Las acumulaciones avanzadas de PCB HDI pueden incluir:

•  Múltiples capas enterradas a través de

•  Láminas de cobre recubiertas de resina

•  Estructuras de vía en almohadilla rellenas y tapadas

•  Materiales híbridos para propiedades eléctricas o térmicas específicas

Un ejemplo del mundo real: una PCB de procesador móvil podría usar un apilamiento 3+N+3, con 10 capas en total, microvías apiladas y una vía en almohadilla rellena de resina para soportar un paso BGA de 0.35 mm.

¿Conclusión clave? En las PCB HDI, el apilado es una herramienta de rendimiento, no solo...Un componente mecánico. Determina la integridad de la señal, el comportamiento EMI e incluso la viabilidad de fabricación.

Laminación y materiales para tableros HDI

En este punto, está claro que el diseño de HDI es solo la mitad de la batalla. La fabricación es la otra. Las placas HDI se construyen mediante ciclos de laminación secuencial. Esto significa que las capas se prensan, perforan, chapan y unen una a una. Cada laminación añade nuevas opciones de enrutamiento mediante microvías y vías enterradas. Pero los materiales son tan importantes como el proceso.

Materiales comunes en PCB HDI:

•  FR-4 (variantes de alta Tg):Barato y confiable para diseños de velocidad moderada.

•  Poliimida:Gran estabilidad térmica para la industria aeroespacial y de defensa.

•  Rogers, Isola, Panasonic Megtron:Se utiliza en aplicaciones HDI de microondas/RF de alta velocidad.

•  Laminados sin halógenos o sin plomo:Cumplir con estrictos estándares medioambientales.

¿Qué hace que los materiales sean compatibles con HDI?

•  Alta temperatura de transición vítrea (Tg)

•  Baja expansión del eje Z

•  Tolerancias Dk/Df estrictas para la integridad de la señal

•  Propiedades dieléctricas estables en función de la frecuencia y la temperatura.

La perforación láser también requiere materiales con un comportamiento de ablación limpio, de modo que los bordes de las microvías permanezcan intactos, sin residuos ni socavaduras. Los sistemas de resina deben fluir correctamente durante la laminación, pero curar con alta rigidez.

En resumen, la elección del material no solo se basa en el precio. Afecta directamente la perforabilidad, la fiabilidad y el rendimiento de RF.

Principales beneficios de los PCB HDI

Esto es lo que lo distingue:

1 Tamaño compacto

Las PCB HDI ofrecen mayor densidad de enrutamiento en menos área de placa. Esto es crucial al diseñar dispositivos como wearables, implantables o módulos de IA de vanguardia. No hay espacio para pistas de gran tamaño ni vías de profundidad completa. Las microvías y el enrutamiento de líneas finas permiten reducir la escala sin recortar características. Sin zonas muertas. Sin desperdicio de espacio. Simplemente un diseño eficiente.

2. Integridad de la señal mejorada

Trayectorias de señal más cortas. Menos stubs. Impedancia mejor controlada. Las microvías reducen la inductancia, lo que resulta en una transmisión de señal más limpia y de alta velocidad. Esto es fundamental al enrutar señales DDR, PCIe, USB 3.2 o HDMI.

3. Optimización del número de capas

¿Necesita una placa de 12 capas? Con HDI, puede conseguirla en 8 capas. Esto se traduce en un menor coste del material, un menor grosor de la placa y una laminación más sencilla. Las microvías apiladas facilitan el uso eficiente de las capas, manteniendo el diseño compacto y eficiente.

4. Reducción de diafonía y EMI

Vías más pequeñas = acoplamiento más estrecho. Esto se traduce en áreas de bucle reducidas y menos ruido radiado. HDI es ideal cuando la compatibilidad electromagnética (CEM) se vuelve crítica, como en aplicaciones médicas, de aviónica o automotrices.

5. Gestión térmica y energética

Los diseños de microvías en almohadillas mejoran la disipación térmica. Además, un mayor espacio de enrutamiento permite una mejor colocación del condensador de desacoplamiento, lo que mejora directamente la entrega de potencia.

6. Resistencia mecánica

Menos perforación. Sin grandes orificios pasantes. Mejor equilibrio del cobre. Las placas HDI ofrecen mayor robustez ante vibraciones y ciclos térmicos, un factor importante en defensa, aeroespacial y vehículos eléctricos.

Acerca de PCBasic

El tiempo es dinero en tus proyectos – y PCBbásico Lo entiende. PCBásico es un empresa de montaje de PCB que ofrece resultados rápidos e impecables en todo momento. Nuestro completo Servicios de montaje de PCB Incluyen soporte de ingeniería experta en cada paso, lo que garantiza la máxima calidad en cada placa. Como empresa líder fabricante de montaje de PCB, Ofrecemos una solución integral que optimiza su cadena de suministro. Colabore con nuestra avanzada Fábrica de prototipos de PCB Para entregas rápidas y resultados superiores en los que puede confiar.

Usos comunes de los PCB HDI

La tecnología HDI no se limita a la electrónica de consumo. Está presente en todas partes. Aquí es donde HDI se manifiesta entre bastidores:

1. Teléfonos inteligentes y tabletas

El espacio es el enemigo. Las placas de circuito impreso HDI permiten alojar CPU, RAM, cámaras y baterías en carcasas elegantes, sin sacrificar el rendimiento. La mayoría de los smartphones modernos incorporan placas ELIC HDI con más de 10 capas.

2. Dispositivos médicos

Desfibriladores implantables. Monitores de glucosa portátiles. ECG portátiles. Estos productos requieren un formato ultracompacto y una fiabilidad absoluta. HDI los hace posibles.

3. Electrónica automotriz

Los sistemas ADAS, de infoentretenimiento, los paneles de control LiDAR y los sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos se benefician del diseño HDI. Especialmente con el aumento de las funciones autónomas, la integridad de la señal y la miniaturización son innegociables.

4. Equipo de red

Los enrutadores, conmutadores y estaciones base necesitan placas HDI para enrutamiento de datos de alta velocidad, control de impedancia preciso y reducción de EMI.

5. Militar y Aeroespacial

Los módulos de radar de grado de defensa, los procesadores de aviónica y los controles de navegación dependen de la durabilidad y la claridad de la señal de HDI en entornos extremos.

Directrices de diseño de PCB de HDI

Diseñar una placa HDI es en parte ciencia, en parte arte. No se trata solo de colocar pistas. Se trata de gestionar la física: comportamiento electromagnético, expansión térmica y limitaciones de fabricación. Por eso, el diseño de la HDI requiere especial atención.

Esto es lo que más importa en el diseño de PCB HDI. 

1. Mediante estrategia de selección

•  MicrovíasÚsalos para conectar dos capas adyacentes. Evita apilar más de 3 niveles a menos que sea necesario.

•  Escalonado vs. ApiladoLas microvías escalonadas son más confiables, pero las apiladas permiten un escape BGA más ajustado.

•  Vias enterradasManténgalos aislados en las capas internas. Planifique su ubicación con anticipación para evitar problemas de ruta.

2. Diseño de vía en almohadilla

Se utiliza en encapsulados BGA densos, especialmente cuando el paso es inferior a 0.5 mm. Estas vías deben rellenarse, revestirse y planarizarse correctamente para evitar la absorción de la soldadura.

No todos los fabricantes pueden hacerlo bien. Consulte siempre con el fabricante de su PCB HDI antes de comprometerse.

3. Reglas de trazado y espacio

•  Ancho de traza:A menudo entre 3 y 4 millones para el IDH.

•  Espaciado: Mantenga el espaciado de los trazos de señal ≥2 × ancho del trazo, si es posible, para reducir la diafonía.

•  Para lograr una impedancia controlada, simule su apilamiento utilizando solucionadores de campo o herramientas como Polar Si9000.

4. Consideraciones sobre la relación de aspecto

Las microvías tienen relaciones de aspecto bajas, inferiores a 1:1. Por eso es importante la profundidad entre capas.

Evite colocar demasiadas microvías en una misma zona. Esto puede causar huecos en la resina o un recubrimiento de cobre irregular.

5. Llenado de vías y confiabilidad

Las vías rellenas y tapadas son esenciales para las estructuras apiladas. Utilice relleno de resina o galvanizado según las normas IPC.

Vía de llenado incompleta = problemas de confiabilidad = placa defectuosa en el campo.

6. Comprobaciones DFM y DFA

Antes de finalizar la cinta, realice comprobaciones para:

•  Registro de simulacros

•  Alineación de la máscara de soldadura

•  Holguras de cobre a cobre

•  Alivios térmicos

•  Mediante carpas o cubiertas

¿El objetivo? Un diseño listo para fabricar con mínimas revisiones.

Proceso de fabricación de PCB HDI

La fabricación de placas HDI no se parece en nada a la de PCB convencionales. Es un proceso de varios pasos, preciso y altamente secuencial.

He aquí un flujo simplificado:

1. Imagen y grabado de la capa interna: Las capas internas de cobre están modeladas mediante fotolitografía.

2. Laminación del núcleo: Los núcleos grabados están laminados con preimpregnado y lámina de cobre.

3. Perforación láser (microvías): El láser perfora vías de menos de 0.15 mm a través de la capa superior. Se suelen utilizar láseres UV o de CO2.

4. Desmanchado y limpieza de agujeros: La limpieza con plasma garantiza orificios pasantes libres de residuos para un recubrimiento confiable.

5. Deposición químbrica de cobre: Se deposita una fina capa de cobre dentro de las microvías para garantizar la conductividad.

6. Galvanoplastia: Se recubre con cobre adicional para aumentar el espesor de la pared.

7. Imagen y grabado de la capa exterior: Se crean las capas superiores de señal. Se modelan las trazas finas.

8. Laminación secuencial: Se agregan capas adicionales según sea necesario, repitiendo los pasos 3 a 7 para cada ciclo HDI.

9. Relleno de vías y planarización: Las estructuras Via-in-pad se rellenan con resina epoxi y se planarizan mediante CNC.

10. Máscara de soldadura y acabado superficial: Se aplican acabados superficiales ENIG u OSP.

11. AletaPruebas: Finalmente, las pruebas eléctricas validan la integridad.

Este proceso puede incluir varios ciclos de laminación, dependiendo de la complejidad del apilado. Cada ciclo implica costos y tiempo, por lo que debe diseñarse con cuidado.

Tipos de vías en el enrutamiento HDI

En las placas HDI, las vías no son simples orificios. Son elementos de diseño.

Aquí hay un desglose rápido:

Vías de orificio pasante

Ir de arriba abajo. No se usa a menudo en HDI debido al desperdicio de espacio.

Vias ciegas

Conecte la capa exterior a una capa interna. Ideal para el enrutamiento de componentes de montaje superficial.

Vias enterradas

Manténgase completamente dentro de las capas internas. Útil para mantener limpias las capas externas.

Microvías

Perforado con láser, diámetro <150 µm. Conexión de capas adyacentes. Baja inductancia y perfecto para HDI.

Microvías apiladas

Se colocan uno sobre el otro. Permiten la conexión vertical desde la parte superior hasta el núcleo.

Microvías escalonadas

Ligeramente desplazado. Mecánicamente más fiable que el apilado.

Vía en Pad

Colocación de la vía directamente debajo de un pad. Se utiliza para BGA ultradensos y ayuda a reducir el retardo inductivo.

Cada tipo presenta ventajas y desventajas en cuanto a costo, viabilidad de fabricación y rendimiento de la señal. Su elección debe ajustarse al diseño, la configuración y la distancia entre componentes.

PCBasic: Su fabricante confiable de PCB HDI en China

El diseño es solo la mitad de la ecuación. ¿Lo difícil? Convertir ese diseño en una placa que realmente funcione, con precisión milimétrica.

Ahí es donde PCBasic cumple.

No solo fabricamos PCB. Fabricamos HDI, desde prototipos de paso reducido hasta series completas de producción. ¿Necesitas un 1+N+1? Lo tenemos cubierto. ¿Ejecutas 3+N+3 o ELIC? No hay problema.

¿Por qué los ingenieros eligen PCBasic?

•  Precisión de perforación láser de hasta 75 µm

•  Sintonización de impedancia controlada

•  Prueba de confiabilidad de microvías

•  Cumplimiento de IPC 6012, ISO y RoHS

•  Ingeniería de apilamiento personalizado

•  Prototipado rápido de PCB HDI

•  Consulta DFM incluida

Hemos ayudado a clientes de las industrias médica, aeroespacial, de telecomunicaciones y automotriz. Ya sea que necesite un pequeño prototipo de PCB HDI o una producción a gran escala, estamos preparados para cumplir con sus expectativas.

¿Tienes un proyecto en mente? Hablemos.

Conclusión

Las PCB HDI son esenciales hoy en día. Ya no son solo una opción: son el estándar. Cuando su diseño necesita más espacio, mayor velocidad o mejor integridad de la señal, HDI es la solución. Desde la estructura hasta el apilado, comprender los detalles es crucial para el éxito.

Ya sea una startup o un equipo consolidado, el diseño y el fabricante adecuados son fundamentales. La precisión lo es todo.

¿Busca un socio confiable para sus PCB HDI? Elija PCBasic porque conocemos la tecnología y ofrecemos calidad en todo momento.