PCBs HDI | Fundamentos de Projeto e Processo de Fabricação

A miniaturização mudou tudo. Mais camadas. Traços mais finos. Espaçamento mais apertado. Mas os PCBs padrão não conseguem acompanhar.

Apresentamos a HDI — High Density Interconnect. Essas placas utilizam microvias, dielétricos finos e laminação avançada para rotear sinais complexos em espaços compactos. Você as encontrará em smartphones, módulos de RF, implantes médicos e sistemas avançados de assistência ao motorista. Não é apenas menor, mas também oferece roteamento mais inteligente, melhor integridade do sinal e maior confiabilidade.

Neste guia, detalharemos as estruturas de PCB e microvia HDI e explicaremos por que essa tecnologia impulsiona a eletrônica moderna de alto desempenho.

 

 

  

  

O que é um PCB HDI?

HDI significa High Density Interconnect (Interconexão de Alta Densidade). Mas é mais do que apenas uma placa de circuito compacta. É uma estratégia de design avançada usada para espremer mais funcionalidade em menos espaço, sem sacrificar o desempenho. Essas placas utilizam microvias, vias cegas e enterradas, dielétricos ultrafinos e múltiplas camadas empilhadas para obter um roteamento incrivelmente denso.

Você não encontrará isso em gadgets básicos de consumo. Uma PCB de interconexão de alta densidade é essencial em sistemas de alto desempenho — pense em controles aeroespaciais, módulos 5G, sistemas LiDAR, implantes neurais e comunicações de nível militar. Onde quer que tamanho, velocidade e confiabilidade sejam importantes, o HDI está presente.

Eles são projetados para lidar com componentes de passo fino, geralmente menores que 0.5 mm. Isso permite conexões mais firmes, sinais mais rápidos e interferência eletromagnética reduzida. PCBs tradicionais simplesmente não suportam esse nível de complexidade.

Não se trata apenas de economizar espaço. A tecnologia HDI PCB reduz a perda de sinal, melhora o fornecimento de energia e suporta velocidades de comutação mais rápidas. Em um mundo impulsionado por IA, computação de ponta e sistemas de sensores compactos, a HDI tornou-se uma infraestrutura essencial — alimentando silenciosamente a próxima onda de eletrônicos inteligentes, de dentro para fora.

Estrutura de PCBs HDI

Agora, vamos falar sobre o que torna uma placa HDI diferenter o capô. PCBs tradicionais têm grandes vias perfuradas mecanicamente e trilhas relativamente largas. PCBs HDI usam:

.  microvias perfuradas a laser,

.  espaçamento de traços mais estreito,

.  e tecnologia de camadas empilhadas.

Toda a estrutura foi projetada para otimizar cada milímetro quadrado. Há um motivo claro para isso: a demanda por mais E/S, componentes menores e sinais de maior velocidade.

Estrutura da Camada

Os PCBs HDI comuns seguem uma estrutura 1+N+1, onde:

   

.  "N" é o número de camadas do núcleo.

.  O “1” em cada lado são as camadas externas do HDI conectadas por microvias.

E não para por aí. Os layouts HDI avançados usam 2+N+2. Ele tem:

  

.  Duas camadas HDI na parte superior e duas na parte inferior.

.  Mais canais de roteamento. Mais espaço para respirar.

Ainda não é suficiente? Você pode ir mais longe: 3+N+3, ou até mais. É uma abordagem escalável. Você só adiciona camadas quando o design realmente precisa delas, o que mantém os custos (e as dores de cabeça) sob controle.

O HDI de qualquer camada, também chamado de ELIC (Every Layer Interconnect), elimina os limites. As microvias agora podem conectar quaisquer duas camadas diretamente — sem a necessidade de etapas. O roteamento se torna incrivelmente eficiente. É assim que seu smartphone reúne todo esse desempenho em uma placa menor que um cartão de crédito.

Essas placas são construídas usando laminação sequencial. Isso significa que você lamina, fura, revesti e repete o processo camada por camada. Isso permite conexões ultraprecisas entre circuitos internos densos.

A estrutura geralmente inclui:

.  Camada central: Geralmente FR-4 ou um laminado de alto desempenho.

.  Pré-impregnado: Folhas de fibra de vidro impregnadas com resina que unem camadas de cobre.

.  Folha de cobre: Para traços e planos de sinal.

.  Microvias: Furos perfurados a laser com menos de 150 mícrons de diâmetro, revestidos com cobre.

Todos esses elementos se unem para suportar BGAs (Ball Grid Arrays) com passo de 0.4 mm ou menos. Isso é quase impossível com a tecnologia de via tradicional.

Um ponto-chave: HDI não se trata apenas de reduzir o tamanho das coisas. Trata-se de permitir um desempenho confiável em layouts compactos. Isso requer registro perfeito das camadas, consistência na galvanoplastia e alinhamento preciso durante a fabricação.

Empilhamento de PCB HDI

Os designers costumam dizer: se você errar o empilhamento, o tabuleiro irá falhar, não importa quão bom seja o seu layout.

Um empilhamento de PCB HDI é mais do que apenas um arranjo de camadas de cobre e dielétricas. É uma arquitetura elétrica cuidadosamente projetada. Cada camada tem uma função — sinal, alimentação, aterramento, blindagem — e a estratégia de via conecta tudo isso.

Vamos analisar uma pilha simplificada de HDI:

1. Camada de Sinal Superior

2. Dielétrico (Pré-impregnado)

3. Plano de solo

4. núcleo

5. Plano de energia

6. Dielétrico

7. Camada de Sinal Inferior

Parece simples, certo? Não exatamente. No projeto HDI, microvias e vias cegas/enterradas criam conexões verticais entre camadas específicas. Você pode ter uma via da Camada 1 para a Camada 2 e uma via enterrada separada da Camada 3 para a Camada 5. Ou uma via empilhada que vai da Camada 1 até a Camada 6.

Essas escolhas não são aleatórias. Elas se baseiam em:

.  Requisitos de temporização do sinal

.  Controle de impedância

.  Minimização de diafonia

.  Estratégias de distribuição e desacoplamento de energia

Em designs digitais de alta velocidade — como DDR4, USB 3.0 ou HDMI — você frequentemente verá traços dedicados com controle de impedância stripline ou microstrip incorporados em camadas específicas. E tudo isso em uma placa que pode ter apenas 0.8 mm de espessura.

Empilhamentos avançados de PCB HDI podem incluir:

.  Várias camadas enterradas

.  Folhas de cobre revestidas de resina

.  Estruturas via-in-pad preenchidas e tampadas

.  Materiais híbridos para propriedades elétricas ou térmicas específicas

Um exemplo do mundo real: um PCB de processador móvel pode usar um empilhamento 3+N+3, com 10 camadas no total, microvias empilhadas e um via-in-pad preenchido com resina para suportar um passo BGA de 0.35 mm.

Conclusão principal? Em PCBs HDI, o empilhamento é uma ferramenta de desempenho - não apenasprimeiro, um mecânico. Ele determina a integridade do sinal, o comportamento da EMI e até mesmo a capacidade de fabricação.

Laminação e Materiais para Placas HDI

Neste ponto, fica claro que o design do HDI é apenas metade da batalha. A fabricação é a outra. As placas de HDI são construídas por meio de ciclos sequenciais de laminação. Isso significa que as camadas são prensadas, perfuradas, revestidas e unidas uma de cada vez. Cada laminação adiciona novas opções de roteamento por meio de microvias e vias enterradas. Mas os materiais são tão importantes quanto o processo.

Materiais comuns em PCBs HDI:

.  FR-4 (variantes de alta Tg): Barato e confiável para projetos de velocidade moderada.

.  Poliimida: Ótima estabilidade térmica para indústria aeroespacial e defesa.

.  Rogers, Isola, Panasonic Megtron: Usado em aplicações HDI de RF/micro-ondas de alta velocidade.

.  Laminados sem halogênio ou sem chumbo: Atender a rigorosos padrões ambientais.

O que torna os materiais compatíveis com HDI?

.  Alta temperatura de transição vítrea (Tg)

.  Expansão baixa do eixo Z

.  Tolerâncias Dk/Df rigorosas para integridade do sinal

.  Propriedades dielétricas estáveis ​​em frequência e temperatura

A perfuração a laser também requer materiais com comportamento de ablação limpo, para que as bordas das microvias permaneçam intactas, sem resíduos ou rebaixos. Os sistemas de resina precisam fluir adequadamente durante a laminação, mas curar com alta rigidez.

Resumindo, a escolha do material não se resume apenas ao custo. Ela afeta diretamente a perfurabilidade, a confiabilidade e o desempenho de RF.

Principais benefícios dos PCBs HDI

Aqui está o que o diferencia:

1. Tamanho compacto

PCBs HDI oferecem maior densidade de roteamento em menos área de placa. Isso é crucial ao projetar dispositivos como wearables, implantáveis ​​ou módulos de IA de ponta. Não há espaço para traços superdimensionados ou vias de profundidade total. Microvias e roteamento de linha fina permitem reduzir a escala sem cortar recursos. Sem zonas mortas. Sem desperdício de espaço. Apenas um layout eficiente.

2. Integridade de sinal aprimorada

Caminhos de sinal mais curtos. Menos stubs. Impedância melhor controlada. Microvias reduzem a indutância, o que resulta em uma transmissão de sinal mais limpa e de alta velocidade. Isso é muito importante ao rotear sinais DDR, PCIe, USB 3.2 ou HDMI.

3. Otimização da contagem de camadas

Precisa de uma placa de 12 camadas? Com ​​o HDI, você pode conseguir isso em 8 camadas. Isso significa menor custo de material, espessura reduzida da placa e laminação mais simples. Microvias empilhadas ajudam no uso eficiente das camadas, mantendo o layout compacto e eficiente.

4. Redução de diafonia e EMI

Vias menores = acoplamento mais preciso. Isso significa áreas de loop reduzidas e menos ruído irradiado. A HDI é ideal quando a compatibilidade eletromagnética (EMC) se torna crítica, como em aplicações médicas, aviônicas ou automotivas.

5. Gerenciamento térmico e de energia

Os designs com microvias no pad melhoram a dissipação térmica. Além disso, mais espaço de roteamento permite um melhor posicionamento do capacitor de desacoplamento, o que melhora diretamente o fornecimento de energia.

6. Resistência Mecânica

Menos perfuração. Sem grandes furos passantes. Melhor balanceamento de cobre. As placas HDI oferecem mais robustez sob vibração e ciclos térmicos — uma consideração importante nos setores de defesa, aeroespacial e veículos elétricos.

Sobre PCBasic

Tempo é dinheiro em seus projetos – e PC Basic recebe-lo. PCBasico é um empresa de montagem de placas que oferece resultados rápidos e impecáveis ​​sempre. Nossa abrangente Serviços de montagem de PCB incluem suporte de engenharia especializada em cada etapa, garantindo a mais alta qualidade em cada placa. Como líder fabricante de montagem de PCB, Oferecemos uma solução completa que otimiza sua cadeia de suprimentos. Faça parceria com nossos avançados Fábrica de protótipos de PCB para entregas rápidas e resultados superiores nos quais você pode confiar.

Usos comuns de PCBs HDI

A tecnologia HDI não se limita aos eletrônicos de consumo. Ela está em todos os lugares. Veja onde a HDI aparece nos bastidores:

1. Smartphones e tablets

O espaço é o inimigo. PCBs HDI ajudam a compactar CPUs, RAM, câmeras e baterias em gabinetes elegantes — sem comprometer o desempenho. A maioria dos smartphones modernos possui placas ELIC HDI com mais de 10 camadas.

2. Dispositivos médicos

Desfibriladores implantáveis. Monitores de glicose vestíveis. ECG portátil. Esses produtos exigem formatos ultrapequenos e confiabilidade rigorosa. O HDI os torna possíveis.

3. Eletrônica Automotiva

Sistemas ADAS, infoentretenimento, painéis de controle LiDAR e sistemas de gerenciamento de baterias de veículos elétricos se beneficiam do layout HDI. Especialmente com o aumento das funções autônomas, a integridade do sinal e a miniaturização são inegociáveis.

4. Equipamento de rede

Roteadores, switches e estações base precisam de placas HDI para roteamento de dados de alta velocidade, controle preciso de impedância e redução de EMI.

5. Militar e Aeroespacial

Módulos de radar de nível de defesa, processadores aviônicos e controles de navegação contam com a durabilidade e a clareza do sinal do HDI em ambientes extremos.

Diretrizes de projeto de PCB HDI

Projetar uma placa HDI é parte ciência, parte arte. Você não está apenas colocando traços. Você está gerenciando a física — comportamento eletromagnético, expansão térmica e restrições de fabricabilidade. É por isso que o layout HDI exige atenção especial.

Aqui está o que mais importa no design de PCB HDI. 

1. Via Estratégia de Seleção

.  Microvias: Use-os para conectar duas camadas adjacentes. Evite empilhar mais de 3 níveis, a menos que seja necessário.

.  Escalonado vs. Empilhado: Microvias escalonadas são mais confiáveis, mas empilhadas permitem um escape BGA mais estreito.

.  Vias Enterradas: Mantenha-os isolados em camadas internas. Planeje suas localizações com antecedência para evitar problemas de roteamento.

2. Design via-in-pad

Usado em encapsulamentos BGA densos, especialmente quando o passo fica abaixo de 0.5 mm. Essas vias devem ser preenchidas, revestidas e planarizadas adequadamente para evitar a perda de solda.

Nem todos os fabricantes conseguem fazer isso bem. Sempre consulte o fabricante da sua placa de circuito impresso HDI antes de se comprometer.

3. Regras de Traço e Espaço

.  Largura do traço: Geralmente entre 3–4 mil para IDH.

.  Espaçamento: Mantenha o espaçamento do traço do sinal ≥2× largura do traço, se possível, para reduzir a diafonia.

.  Para impedância controlada, simule seu empilhamento usando solucionadores de campo ou ferramentas como o Polar Si9000.

4. Considerações sobre a proporção da tela

Microvias têm proporções baixas — inferiores a 1:1. É por isso que a profundidade entre as camadas é importante.

Evite colocar muitas microvias em uma única área. Isso pode causar vazios na resina ou revestimento de cobre irregular.

5. Preenchimento via e confiabilidade

Vias preenchidas e tampadas são essenciais para estruturas empilhadas. Utilize preenchimento com resina ou galvanoplastia de acordo com os padrões IPC.

Preenchimento incompleto = problemas de confiabilidade = placa com falha no campo.

6. Verificações DFM e DFA

Antes de retirar a fita, faça verificações de:

.  Registro de broca

.  Alinhamento da máscara de solda

.  Folgas de cobre para cobre

.  Relevos termais

.  Por meio de tendas ou coberturas

O objetivo? Um projeto pronto para fabricação com revisões mínimas.

Processo de fabricação de PCB HDI

A fabricação de placas HDI não se parece em nada com PCBs comuns. É um processo multietapas, preciso e altamente sequencial.

Aqui está um fluxo simplificado:

1. Imagem e gravação da camada interna: Camadas internas de cobre são padronizadas usando fotolitografia.

2. Laminação do núcleo: Os núcleos gravados são laminados com pré-impregnado e folha de cobre.

3. Perfuração a Laser (Microvias): O laser perfura vias de menos de 0.15 mm através da camada superior. Lasers UV ou de CO2 são normalmente utilizados.

4. Desmancha e limpeza de furos: A limpeza de plasma garante furos de passagem livres de detritos para um revestimento confiável.

5. Deposição de cobre químico: Uma fina camada de cobre é depositada dentro das microvias para condutividade.

6. Galvanoplastia: Cobre adicional é revestido para aumentar a espessura da parede.

7. Imagem e gravação da camada externa: Camadas de sinal superiores são criadas. Traços finos são padronizados.

8. Laminação sequencial: Camadas adicionais são adicionadas conforme necessário, repetindo as etapas 3 a 7 para cada ciclo de HDI.

9. Via Preenchimento e Planarização: As estruturas Via-in-pad são preenchidas com resina epóxi e planarizadas via CNC.

10. Máscara de solda e acabamento de superfície: São aplicados acabamentos de superfície ENIG ou OSP.

11. FimTeste al: Por fim, os testes elétricos validam a integridade.

Esse processo pode incluir vários ciclos de LAM, dependendo da complexidade da pilha. Cada ciclo gera custos e tempo, portanto, deve ser projetado com sabedoria.

Tipos de Vias no Roteamento HDI

Em placas HDI, vias não são apenas furos. São elementos de design.

Aqui está uma análise rápida:

Vias passantes

Vá de cima para baixo. Não é usado com frequência no HDI devido ao desperdício de espaço.

Vias Cegas

Conecte a camada externa a uma camada interna. Ótimo para roteamento de componentes de montagem em superfície.

Vias Enterradas

Permanece completamente dentro das camadas internas. Útil para manter as camadas externas limpas.

Microvias

Perfurado a laser, diâmetro <150 µm. Conecta camadas adjacentes. Baixa indutância e perfeito para HDI.

Microvias empilhadas

Colocados diretamente um sobre o outro. Permitem a conexão vertical do topo ao núcleo.

Microvias escalonadas

Compensado por uma pequena quantidade. Mais confiável mecanicamente do que empilhado.

Via-in-Pad

Posicionamento via diretamente abaixo de um pad. Usado para BGAs ultradensos e ajuda a reduzir o atraso indutivo.

Cada tipo tem suas vantagens e desvantagens em termos de custo, capacidade de fabricação e desempenho do sinal. Sua escolha deve estar alinhada ao layout, à configuração e ao espaçamento dos componentes.

PCBasic: Seu fabricante confiável de PCB HDI na China

O design é apenas metade da equação. A parte difícil? Transformar esse design em uma placa que realmente funcione — até o mícron.

É aí que a PCBasic entrega.

Não fabricamos apenas PCBs. Construímos HDI — desde protótipos com passo preciso até séries completas de produção. Precisa de um 1+N+1? Nós temos tudo o que você precisa. 3+N+3 ou ELIC? Sem problemas.

Por que os engenheiros escolhem o PCBasic:

.  Precisão de perfuração a laser de até 75 µm

.  Ajuste de impedância controlada

.  Teste de confiabilidade de microvia

.  Conformidade com IPC 6012, ISO e RoHS

.  Engenharia de empilhamento personalizada

.  Prototipagem de PCB HDI de resposta rápida

.  Consulta DFM incluída

Já ajudamos clientes nos setores médico, aeroespacial, de telecomunicações e automotivo. Seja para um pequeno protótipo de PCB HDI ou para produção em larga escala, estamos preparados para atender.

Tem um projeto em mente? Vamos conversar.

Conclusão

PCBs HDI são essenciais hoje em dia. Elas não são mais apenas uma opção — são o padrão. Quando seu projeto precisa de mais espaço, velocidades mais rápidas ou melhor integridade de sinal, a HDI é a solução. Da estrutura ao empilhamento, entender os detalhes é crucial para o sucesso.

Seja você uma startup ou uma equipe consolidada, o design e o fabricante certos são essenciais. Precisão é tudo.

Procurando um parceiro confiável para PCB HDI? Escolha a PCBasic porque conhecemos a tecnologia e entregamos qualidade sempre.