Cañones comunes en el diseño de PCB HDI que los ingenieros de hardware y diseño deben evitar

 confundir el orden de construcción HDI con el número total de capas de PCB.

Un escenario común: al diseñar un componente BGA con un paso de 0.4 mm, el ingeniero selecciona una pila HDI de primer orden. Después de completar el diseño, descubren espacio de enrutamiento insuficiente para la dispersión del BGA. Esto obliga a un rediseño completo de la pila y a una nueva revisión de la placa, lo que retrasa los plazos del proyecto. Otro problema frecuente es la definición poco clara entre vías apiladas y vías escalonadas. Si la documentación de fabricación no especifica el tipo de vía, el fabricante de PCB puede aplicar el proceso incorrecto, lo que lleva a placas no funcionales y retrasos en el proyecto.

Una idea errónea generalizada: el orden HDI es igual al recuento total de capas de PCB. De hecho, el orden HDI se refiere al número de ciclos secuenciales de construcción de capas exteriores, y no tiene una relación directa con cuántas capas tiene la PCB terminada.

Vías ciegas, vías enterradas y vías pasantes: diferencias clave

【Imagen 2 | Diagrama de sección transversal: comparación de vías ciegas / vías enterradas / vías pasantes】

1. Vía ciega

Las vías ciegas se perforan con láser desde la superficie exterior superior o inferior y terminan en una capa interior designada, sin penetrar toda la PCB. Solo un lado de la placa muestra la abertura de la vía, mientras que el lado opuesto no tiene agujero visible. Ejemplo en una PCB de 8 capas: vías que conectan L1-L2 o L8-L7.Ventajas: La longitud corta de la vía crea un efecto de stub mínimo, reduciendo las reflexiones para señales de alta velocidad. Las vías ciegas no ocupan pads en el lado opuesto, lo que las convierte en la solución principal para la dispersión de BGA.Fabricación: Fabricado mediante perforación láser.

2. Vía enterrada

Las vías enterradas se encuentran completamente ocultas dentro del laminado de la PCB, entre las capas internas del núcleo. No se ven aberturas de vías en la superficie superior ni inferior. Ejemplo en una PCB de 8 capas: vías entre L2-L3 y L4-L5. Flujo de producción: Perforar y platear vías en núcleos internos individuales primero, luego laminar todos los núcleos juntos. Después de la laminación, estas vías quedan completamente encerradas.Ventajas: Las vías enterradas consumen cero área de pad superficial y ofrecen la menor inductancia parásita, ideal para circuitos de alta velocidad.

3. Vía pasante

Las vías pasantes se perforan directamente desde la capa superior hasta la capa inferior, atravesando todas las capas de la PCB. Las aberturas de las vías son visibles en ambos lados de la placa terminada.

¿Qué es el orden HDI?

【Imagen 3 | Comparación de pilas HDI: 1+N+1, 2+N+2, 3+N+3, Cualquier capa】 La regla crítica:Orden HDI ≠ recuento total de capas de PCB. El orden HDI cuenta cuántos ciclos de construcción (laminación + formación de vías ciegas láser) se aplican a las capas exteriores.

1. HDI de 1er orden | Notación: 1+N+1

Un ciclo de construcción exterior. Las vías ciegas solo pueden conectar capas adyacentes como L1-L2 o Ln-L(n-1). No puede conectar directamente L1 a L3 ni saltarse múltiples capas internas. Estructura: Un núcleo grueso con N capas internas, más una capa dieléctrica laminada en cada lado exterior. Las vías ciegas láser solo conectan capas exteriores vecinas.Paso BGA recomendado: ≥0.5mmCosto: El más bajo entre las opciones HDI. Producción en masa madura, ampliamente adoptada en electrónica de consumo y placas de control industrial.

2. HDI de 2do orden | Notación: 2+N+2

Dos ciclos de construcción, que permiten conexiones directas desde la capa exterior hasta L3. Dos tipos de HDI de 2do orden, que son la fuente más común de errores de ingeniería: 【Imagen 4 | Sección transversal de vías apiladas vs vías escalonadas】

• Vías apiladas: Las vías ciegas L1-L2 y L2-L3 están alineadas verticalmente, con relleno de cobre plateado en el pad L2 compartido. Ruta de señal más corta y stub más pequeño. Desventajas: Mayor dificultad de alineación, fiabilidad ligeramente menor y mayor costo.

  Nota importante: el relleno de cobre plateado es obligatorio para las vías apiladas. El simple taponamiento de resina no es aceptable.

• Vías escalonadas: Las vías ciegas L1-L2 y L2-L3 están desplazadas horizontalmente en lugar de apiladas verticalmente. Fabricación más simple, mayor rendimiento y más baratas que las vías apiladas. Compromiso: Consume valioso espacio de enrutamiento dentro de la región BGA.

3. HDI de 3er orden | Notación: 3+N+3

Tres ciclos de construcción, que admiten conexiones de capa exterior hasta L4. Las vías ciegas apiladas pueden alcanzar hasta tres capas de profundidad. Se utiliza para BGAs de paso ultra fino (0.3 mm / 0.35 mm), chips de computación AI y placas base de servidores de alta velocidad. El costo aumenta notablemente y el rendimiento de producción disminuye.

4. HDI de cualquier capa

El HDI de cualquier capa abandona la arquitectura tradicional de núcleo N grueso. La PCB se construye capa por capa. Las vías ciegas láser se pueden colocar entre cualquier capa adyacente, lo que permite la interconexión directa entre dos capas cualesquiera sin vías pasantes.Ventajas: Efecto de stub casi nulo, rendimiento de alta velocidad de primer nivel. Perfecto para BGAs con paso inferior a 0.3 mm.Desventajas: Precio premium. Principalmente utilizado en placas base de teléfonos inteligentes y tarjetas aceleradoras de IA de gama alta.

Directrices principales para el diseño de PCB HDI

【Imagen 5 | Diagrama de dispersión de BGA, que coincide con el paso BGA con el grado HDI】

1. Coincidir la estructura HDI con su paso BGA (regla de selección más crítica)

• Paso ≥0.5mm: HDI de 1er orden es suficiente. Evite actualizar a 2do orden innecesariamente, lo que infla el costo.
• Paso =0.4mm: HDI escalonado de 2do orden es la opción rentable. Cambie a 2do orden apilado solo cuando el espacio de enrutamiento BGA esté extremadamente limitado.
• Paso ≤0.35mm: Elija tecnología HDI de 3er orden o de cualquier capa.

2. Selección de HDI de 2do orden apilado vs escalonado Priorice las vías escalonadas si se enfoca en el costo y la fiabilidad de fabricación. Elija vías apiladas solo cuando el espacio de enrutamiento interno del BGA sea reducido. Especifique claramente el relleno de cobre plateado para las vías apiladas en su dibujo de fabricación.
3. Reglas para agujeros y pads de vías ciegas láser Diámetro mínimo de vía ciega láser: 0.1 mm (4 mil). El tamaño del pad debe superar el diámetro del agujero en ≥6 mil, con un anillo anular mínimo de 3 mil. No diseñe pads de vía ciega con las mismas dimensiones que los pads de vía pasante, lo que desperdicia valioso espacio de BGA.
4. Control de stub para señales de alta velocidad Las vías ciegas más cortas producen stubs más pequeños y menos reflexión de señal, mejorando la integridad de alta velocidad. Las vías apiladas tienen rutas más cortas que las vías escalonadas. El HDI de cualquier capa elimina casi todos los stubs, adecuado para enlaces DDR5, PCIe 5.0 y SerDes de alta velocidad.
5. Notas de diseño de vías enterradas Las vías enterradas se perforan y platean en la etapa del núcleo interno y no pueden ser modificadas por procesamiento láser después de la laminación. Las vías enterradas funcionan bien para interconexiones de capa interna de larga distancia. Para la dispersión de BGA, se prefieren las vías ciegas para reducir los efectos parásitos.
6. Compensaciones de costo y tiempo de entrega Cada mejora en el orden HDI aumenta el costo de la PCB aproximadamente entre un 30% y un 50%, al tiempo que extiende el tiempo de entrega y reduce el rendimiento de producción. Principio de selección: use 1er orden en lugar de 2do orden siempre que sea posible; prefiera vías escalonadas sobre vías apiladas; use 2do orden en lugar de cualquier capa siempre que sea factible.
7. Documente claramente sus requisitos de pila Muchos ingenieros solo exportan archivos de secuencia de capas sin describir la construcción HDI. Siempre agregue notas de fabricación comoHDI de 1er orden 1+6+1 oHDI escalonado de 2do orden 2+6+2 en su paquete de fabricación. Sin instrucciones claras, la casa de la placa aplicará su proceso predeterminado, que puede no coincidir con su diseño y resultar en placas desechadas.