¿Cuál es la estructura de laminación de las placas de circuito impreso de HDI?

Estructura de laminación de PCB HDI

Los teléfonos inteligentes son cada vez más delgados, mientras que los smartwatches son cada vez más potentes. IDH (Interconexión de alta densidad) La tecnología de las placas de circuito impreso está en el centro de esta tendencia. En comparación con las placas de circuito impreso tradicionales, el diseño de la estructura de laminación HDI permite colocar circuitos más complejos en un espacio más reducido.

Como fabricante de PCB con 17 años de experiencia, Topfast ha sido testigo del fracaso de numerosos proyectos debido a la selección de estructuras de laminación HDI inadecuadas, lo que lleva a sobrecostes o fallos de rendimiento.Por lo tanto, es crucial comprender las distintas estructuras de laminación de las placas de circuito impreso HDI.

1. Fundamentos de la laminación de PCB de HDI

La esencia de las tarjetas HDI radica en lograr un enrutamiento de alta densidad mediante procesos de acumulaciónque son fundamentalmente diferentes de la fabricación tradicional de placas de circuito impreso. Los PCB tradicionales son como hacer sándwiches -todas las capas se laminan a la vez-, mientras que las placas HDI se asemejan a la construcción de rascacielos, ya que requieren una construcción por capas.

Comparaciones de procesos clave:

• Taladrado láser:Crea microvías de tan solo 0,05 mm de diámetro (cabello humano ≈ 0,07 mm).
• Revestimiento por impulsos: Garantiza un espesor uniforme del cobre en las microvías (<10% de variación)
• Laminación secuencial: Parámetros típicos-170°C±2°C, 25kg/cm² de presión, acumulación capa por capa

En un proyecto de reloj inteligente en el que trabajé, el cambio de una placa de circuito impreso tradicional de 6 capas (5 cm²) a una estructura HDI (1+4+1) redujo el tamaño de la placa a 1,5 cm², a la vez que añadía el control de la frecuencia cardiaca, lo que demuestra la magia de HDI.

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2. Análisis detallado de las principales estructuras de laminación de IDH

1.Laminación simple simple (1+N+1)

Ejemplo típico(1+4+1) placa de 6 capas

Funciones:

• Sin vías enterradas en las capas internas, laminación única
• Vías ciegas formadas por perforación láser en capas exteriores
• La solución de IDH más rentable

Aplicaciones:

• Smartphones básicos
• Dispositivos IoT
• Electrónica de consumo con limitaciones de espacio

Estudio de caso: Una marca de auriculares Bluetooth adoptó el diseño (1+4+1), integrando Bluetooth 5.0, control táctil y gestión de la batería en un espacio de 8 mm de diámetro.

2.IDH estándar de laminación simple (con vías enterradas)

Ejemplo típico(1+4+1) placa de 6 capas (vías enterradas en L2-5)

Funciones:

• Las vías enterradas en capas internas requieren dos laminaciones
• Combina vías ciegas y enterradas
• Equilibrio entre costes y prestaciones

Error de diseño: La colocación incorrecta de las vías enterradas provocó una desviación de impedancia del 15% en un proyecto, lo que obligó a rediseñarlo.

3.IDH de doble laminación estándar

Ejemplo típico(1+1+4+1+1) placa de 8 capas

Características del proceso:

• Tres pasos de laminación (núcleo + primera capa + segunda capa)
• Permite arquitecturas de interconexión complejas
• Admite vías ciegas de 3 pasos

Ventajas de rendimiento:

• Adecuado para señales de alta velocidad a más de GHz
• Mejor integridad energética (capas de potencia dedicadas)
• Rendimiento térmico mejorado en un 30

4.Estructura de doble laminación optimizada

Diseño innovador(1++1+4+1+1) placa de 8 capas

Mejoras clave:

• Desplaza las vías enterradas de L3-6 a L2-7
• Elimina un paso de laminación
• 15% de reducción de costes

Datos de la prueba: Se consigue un módulo 5G con esta estructura:

• 0,3dB/cm de pérdida de inserción @10GHz
• Coste de fabricación un 12% inferior al de las estructuras tradicionales
• 8% más de rendimiento

3.Diseños avanzados de estructuras de laminación de IDH

1.Diseño Skip-Via

Retos técnicos:

• Vías ciegas de L1 a L3, saltando L2
• Aumento del 100% de la profundidad de perforación láser
• Revestimiento significativamente más duro

Soluciones:

• Taladrado láser combinado UV+CO₂
• Aditivos especiales para vías profundas
• Alineación óptica mejorada (precisión <25μm)

Lección aprendida: Un lote de controladores de vuelo de drones falló debido a problemas en el chapado de la vía de salto, lo que ocasionó unos costes de reelaboración de 50.000 dólares.

2.Diseño de vías apiladas

Funciones:

• Vías ciegas apiladas directamente sobre vías enterradas
• Interconexiones verticales más cortas
• Reducción de los puntos de reflexión de la señal

Fundamentos del diseño:

• Estricto control de alineación de capas (<25μm de error)
• Taponamiento de resina para evitar bolsas de aire
• Pruebas adicionales de estrés térmico (260°C, 10s, 5 ciclos)

4.Selección de la estructura de laminación HDI

1.Factores clave de selección

2.Recomendaciones sectoriales

Electrónica de consumo:

• Preferido: (1+4+1)
• Rastro/Espacio: 3/3mil
• Vía ciega: 0,1 mm

Electrónica automotriz:

• Recomendado: (1+1+4+1+1)
• Material: TG≥170°C
• Vías térmicas adicionales

Dispositivos médicos:

• Máxima fiabilidad
• Taponamiento con resina de bajo contenido en vacíos
• Inspección por microsección al 100

5.Técnicas prácticas de diseño de IDH

1.Vía Principios de optimización

• ≤3 Vías en trayectos de señales de alta velocidad
• Espaciado entre vías adyacentes ≥5× diámetro de la vía
• Doble vía de potencia

2.Reglas de oro del Stack-Up

• Capas de señal adyacentes a planos de tierra
• Enruta internamente las señales de alta velocidad (reduce la radiación)
• Acoplamiento estrecho entre el plano de potencia y el plano de tierra

3.Mejoras de la fiabilidad

• Añadir matrices de vías térmicas de 0,1 mm
• Protectores de suelo para señales críticas
• Zona de 0,5 mm sin fresado en los bordes de la placa

6.Tendencias futuras

Tecnologías emergentes:

• Proceso semi-aditivo modificado (mSAP): 20/20μm traza/espacio
• Cerámica de cocción a baja temperatura (LTCC): Frecuencia ultra alta
• Componentes integrados:Resistencias/condensadores dentro de las placas

Avances materiales:

• Poliamida modificada: Dk=3,0, Df=0,002
• Adhesivo conductor de nanoplata: Alternativa al metalizado
• Grafeno térmico: 5 veces mejor conducción del calor

Un laboratorio ha creado con éxito el prototipo de un HDI de interconexión tridimensional de 16 capas (1 mm de grosor, 1024 canales), que presagia futuros dispositivos aún más compactos.

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Recomendaciones de Topfast

A la hora de seleccionar la estructura laminar de IDH adecuada, es necesario encontrar el equilibrio óptimo entre densidad de cableado, integridad de la señal, coste de fabricación y fiabilidad. La estructura más sencilla suele ofrecer el mayor índice de rendimiento y el menor coste.