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HDI COM INTERCONEXÃO EM TODAS AS CAMADAS · LAMINAÇÃO SEQUENCIAL
Fabricação de PCB HDI com interconexão em todas as camadas — laminação sequencial e microvias preenchidas com cobre
Se você não consegue mais fazer o fan-out do seu BGA de passo fino em HDI 1+N+1, o problema está no roteamento, não no layout. A PCBark oferece HDI com interconexão em todas as camadas — cada camada permite interconexões — para acomodar tudo na área que realmente cabe no produto que você vai entregar.
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Especificações
Interconexão em todas as camadas / ELIC
Interconexão em todas as camadas, além de 1+N+1 a 3+N+3
~100 µm
Microvia preenchida com cobre, relação de aspecto de 0.75:1
75 µm
Largura de trilha / espaçamento alcançável em configurações avançadas
Classe 3
Fabricado e inspecionado conforme a classe 3 da IPC-6012
30–40%
Redução típica da área da placa em relação à construção convencional
16+ anos
Experiência em EMS, capacidade de 500.000 m²/ano
Vantagem técnica
Quando o HDI 1+N+1 convencional fica sem espaço para roteamento
Você conhece essa situação. O posicionamento dos componentes está correto, o esquema também, mas não é possível fazer o fan-out do BGA mais denso. Já não há passagens para vias entre as esferas, e a única saída diante de nós parece ser aumentar o número de camadas; a placa ficará mais espessa e maior. É aí que o HDI chega ao limite.
Com ELIC, porém, não há essa barreira. Em uma PCB multicamadas convencional, as conexões passam por microvias na parte superior e por vias enterradas no núcleo do stackup, mas o restante do roteamento precisa usar furos passantes metalizados no corpo da placa. Uma placa de circuito impresso com stackup que permite interconexão em todas as camadas elimina essa limitação — em vez de restringir as conexões por vias cegas às camadas adicionadas sobre um núcleo com furos passantes, cada camada dielétrica tem seu próprio conjunto de microvias perfuradas a laser e preenchidas com cobre.
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Assim, qualquer uma dessas camadas pode se conectar a qualquer camada adjacente. Se microvias empilhadas forem incorporadas a um stackup ELIC, a interconexão poderá se estender até a camada mais alta do stackup da placa. Foi assim que conseguimos rotear um chip com passo de 0,4 mm em placas de teste, algo que uma configuração equivalente com 2+N+2 não conseguiu concluir.
O resultado para o usuário final é menor tamanho e maior densidade. Como nenhuma camada específica fica “fora dos limites”, as trilhas podem passar pela mesma camada 2 de uma placa de 10 camadas com interconexão em todas elas, como passavam em um projeto convencional de 14 camadas; os projetistas podem reduzir o número total de camadas e manter a mesma quantidade de conexões; e podem diminuir a área total da placa em até 40% em relação à construção convencional.
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Essa economia de espaço tem um custo: o processamento. A tecnologia de interconexão em todas as camadas usa laminações sequenciais e, segundo uma fonte próxima dessa tecnologia, o HDI com interconexão em todas as camadas ainda é considerado uma tecnologia avançada, fora do padrão e não facilmente disponível na maioria dos fabricantes de PCBs. A PCBark oferece essa capacidade.
01 / Capacidades
Capacidades da PCBark para HDI com interconexão em todas as camadas — stackups e estruturas
A maioria dos projetos HDI não precisa de interconexão em todas as camadas, e uma página de capacidades transparente deve mostrar qual estrutura HDI é adequada para a aplicação; geralmente, buscamos a placa mais barata que ainda permita concluir o roteamento. Veja aqui como relacionar uma estrutura típica à aplicação adequada; em essência, só se deve subir para o próximo nível quando o anterior já não oferece canais de roteamento suficientes.
| Estrutura | Camadas adicionadas com microvias | Permite rotear bem | Quando passar ao próximo nível |
|---|---|---|---|
| 1+N+1 | 1 camada com microvias de cada lado do núcleo | Um único BGA denso, passo >0,5 mm, E/S moderadas | Canais de fan-out limitados em um encapsulamento |
| 2+N+2 | 2 camadas com microvias de cada lado | BGA com passo de 0,4–0,5 mm, mais E/S | Encapsulamentos empilhados, vários componentes densos |
| 3+N+3 | 3 camadas com microvias de cada lado | Número muito alto de E/S, placas com vários BGAs | Canais para vias ainda esgotados, área limitada |
| Interconexão em todas as camadas (ELIC) | Cada camada permite interconexões | Passo inferior a 0,4 mm, densidade máxima, menor área de placa | Este é o limite superior — liberdade total de roteamento |
02 / Faixa de capacidade
Faixa de capacidade de engenharia
As placas com interconexão em todas as camadas são fabricadas com microvias de cerca de 100 mícrons preenchidas com cobre e relação de aspecto de 0.75:1 — a única relação de aspecto permitida pela nossa faixa de metalização e a referência da IPC-2226 para sua “meta confiável”, em vez do máximo mais amplo de 1:1 —, além de geometrias finas com largura de trilha e espaçamento de até 75 µm nas nossas configurações avançadas e diâmetros finais de microvia de 75–150 µm em placas padrão, podendo ser ainda menores em configurações especiais.
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As próprias microvias são produzidas por furação a laser entre camadas, depois metalizadas e preenchidas com cobre para que o pad de captura da próxima camada fique nivelado. O registro entre camadas é o maior fator de custo do HDI com interconexão em todas as camadas — ou, mais precisamente, seu maior risco. Cada ciclo de laminação traz o risco de deslocamento do stackup; por isso, trabalhamos com os clientes para controlar o fluxo do prepreg durante os ciclos de laminação. Trilhas mais curtas em geometrias mais compactas também melhoram a integridade do sinal, além do ganho de densidade, que é a outra parte da miniaturização. É assim que nossa equipe aborda a fabricação de circuitos com interconexão em todas as camadas; as capacidades de desempenho específicas do seu projeto dependem da espessura do cobre, do dielétrico e do número de camadas, tudo definido com nossos engenheiros de DFM antes da preparação das ferramentas de produção.
| Parâmetro | Capacidade | Referência |
|---|---|---|
| Estruturas de interconexão | 1+N+1, 2+N+2, 3+N+3, interconexão em todas as camadas / ELIC | Níveis de projeto da IPC-2226 |
| Microvia | Preenchida com cobre, ~100 µm, relação de aspecto de 0.75:1 | IPC-2226 / IPC-6016 |
| Largura de trilha / espaçamento | Até ~75 µm em configurações avançadas | Confirmado na análise DFM |
| Proteção / preenchimento de vias | Microvias empilhadas e escalonadas preenchidas com cobre, vias no pad | IPC-4761 |
| Classe de confiabilidade | Fabricado e inspecionado conforme a classe 3 da IPC-6012 | IPC-6012 |
| Montagem | Montagem SMT turnkey, aquisição de componentes, teste funcional | Realizado internamente pela PCBark |
Em comparação com uma placa de circuito impresso com furos passantes, a placa com interconexão em todas as camadas permite trilhas e espaçamentos menores porque suas microvias são feitas por furação a laser, em vez dos trechos com vias cegas e enterradas perfurados mecanicamente dos quais depende uma placa convencional. Uma placa de circuito impresso perfurada mecanicamente não consegue ter furos tão pequenos ou tão próximos, motivo pelo qual a largura das trilhas e o espaçamento continuam diminuindo à medida que a área da placa é reduzida.
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Duas observações para a produção. Procuramos manter as laminações sequenciais e o número de ciclos no mínimo exigido pela complexidade da sua configuração — mais ciclos de laminação significam mais operações de prensagem, furação, metalização, geração de imagens etc.; por isso, optar por uma placa com interconexão em todas as camadas sem necessidade é um erro caro da nossa parte. Além de administrar essas complexidades, ao rotear sob seu BGA, as microvias nos pads são aplainadas após o preenchimento para que a máscara de solda e a pasta fiquem uniformes; se você busca uma densidade de roteamento que cause problemas no posicionamento dos componentes e na montagem, fique à vontade para fazer exatamente isso. A tecnologia de interconexão em todas as camadas também combina bem com um projeto de PCB rígido-flexível quando o produto precisa dobrar, e o controle da expansão térmica no eixo Z é importante quando o stackup fica alto — nossa equipe de análise DFM avalia essas opções cedo para evitar aumentos de custo mais tarde.
HDI com interconexão em todas as camadas vs. 1+N+1 sequencial vs. furo passante — os dados
“Alto”, “médio” e “baixo” cabem em um folheto, não em uma placa que você precisa aprovar. A seguir, apresentamos a representação de um circuito de exemplo em três tipos comuns de construção, com base nos fatores que realmente determinam seu custo e o tempo até o lançamento no mercado, e não em categorias que simplificam demais o problema: as oportunidades de roteamento oferecidas pela placa, o tamanho final necessário e o custo para chegar a esse resultado.
| Parâmetro | PCB multicamadas com furos passantes | HDI 1+N+1 | HDI com interconexão em todas as camadas |
|---|---|---|---|
| Menor passo de BGA que pode ser roteado | ~0,8 mm | ~0,5 mm | ≤0,4 mm |
| Tipo de via | Furo passante metalizado | Microvias externas + núcleo com PTH | Microvias preenchidas com cobre em todas as camadas |
| Área relativa da placa | Referência (100%) | ~75–85% | ~60–70% |
| Camadas necessárias para o mesmo fan-out | Maior | Menor | A menor |
| Comprimento do percurso do sinal | O mais longo | Mais curto | O mais curto |
| Ciclos de laminação | 1 | 1–2 | 3+ (sequenciais) |
| Custo relativo de fabricação | A menor | Moderado | O mais alto, compensado pela economia de área e camadas |
/// DADOS DA REPRESENTAÇÃO
O custo real em números: a fabricação com interconexão em todas as camadas é a mais cara devido à repetição da sequência de laminação em cada uma das seis etapas de laminação sequencial, e os números indicam que o HDI de 6 camadas custa cerca de 30-50% mais do que uma placa de 4 camadas simplesmente por esse motivo.
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Essa métrica, porém, não considera o balanço do sistema como um todo. Você economiza não apenas dinheiro, mas também espaço ao usar formatos menores, reduzir o número de camadas necessárias e aumentar o rendimento da montagem ao posicionar vias nos pads dos componentes previstos, em vez de colocá-las diretamente em oposição a esses pads. Para qualquer produto com restrições rigorosas de espaço, uma placa com furos passantes pode parecer inicialmente mais barata do que uma placa com interconexão em todas as camadas. Porém, ao considerar o gabinete, as camadas necessárias e o retrabalho, a opção com furos passantes pode custar mais a longo prazo.
Resultados de clientes: área da placa, densidade de E/S e confiabilidade das microvias
A interconexão em todas as camadas faz sentido quando é preciso atender a requisitos de tamanho, densidade de roteamento e confiabilidade:
Cenário de aplicação 01
Acomodar um BGA com passo inferior a 0,4 mm na área de um dispositivo vestível
Em um caso, uma equipe que desenvolvia um produto de consumo com processador da classe dos usados em smartphones precisava dispor componentes com passo de 0.35 milímetro (mm), mas não conseguia concluir o fan-out do roteamento por todas as camadas 2+N+2. Com uma configuração de interconexão em todas as camadas, a equipe conseguiu fazer o fan-out por toda a placa, enquadrar o projeto nos limites físicos e evitar a adição de camadas.
≤0,4 mm
Passo de BGA roteado
~35%
Redução da área da placa
0 adicionados
Pares de camadas em relação ao stackup anterior
Cenário de aplicação 02
Resistir a ciclos térmicos sem separação das microvias
Ao fabricar um módulo aeroespacial que, assim como o implante necessário para um dispositivo médico, precisa atender a um padrão igualmente alto de confiabilidade, a preocupação da equipe era conseguir evitar falhas nas microvias empilhadas durante ensaios severos de ciclagem térmica. Muitos engenheiros têm dificuldade para controlar a expansão térmica no eixo Z, pois esse é um verdadeiro desafio de engenharia. Essa placa específica usou furos preenchidos com cobre, número de ciclos cuidadosamente controlado, furos passantes escalonados onde permitidos e proteção de vias conforme a IPC-4761; ela também foi inspecionada de acordo com a classe 3 da IPC-6012.
Classe 3
Fabricação e inspeção conforme a IPC-6012
Preenchida com Cu
Estrutura de microvias
IPC-4761
Proteção de vias aplicada
Cenário de aplicação 03
Fazer o fan-out de um FPGA com grande número de pinos
Mesmo após a conclusão do layout necessário, projetos de FPGA com muitas E/S continuam com opções insuficientes de vias em layouts convencionais. Placas com interconexão em todas as camadas disponibilizam cada nível para o projeto do fan-out, mantendo intactas as rotas de saída e permitindo que os pares de impedância controlada sigam o percurso previsto sem obstrução pelas posições das vias.
Interconexão em todas as camadas
Fan-out por todo o stackup
Eixo Z
Roteamento com microvias empilhadas
Controlada
Pares de impedância preservados
Garantia da qualidade
Certificações e normas de confiabilidade
Parcerias colaborativas
Interações com clientes
Como encomendar HDI com interconexão em todas as camadas: escolha do stackup, prazo de entrega e análise DFM
Não há um preço único para uma placa com interconexão em todas as camadas: o valor depende das escolhas específicas de configuração do seu stackup. Para ajudar você a iniciar uma estimativa de custo precisa, veja abaixo os fatores que influenciam o custo dessa tecnologia.
Ciclos de laminação
É o principal fator isolado. Cada ciclo sequencial repete prensagem, furação, metalização e geração de imagem. Menos ciclos, menor custo — definimos a quantidade conforme seu roteamento, não conforme um catálogo.
Número de camadas e estrutura
A escolha entre interconexão em todas as camadas, 2+N+2 e 3+N+3 altera tanto o material quanto o processo. A estrutura mais simples que ainda permita rotear sua placa é a mais barata de fabricar.
Geometria e preenchimento das microvias
O preenchimento com cobre, o aplainamento das vias nos pads e as relações de aspecto mais restritas acrescentam etapas de processo que afetam o preço e o rendimento.
Material e espessura do cobre
Laminados de baixa perda ou alto Tg e cobre mais espesso alteram tanto o custo quanto a largura de trilha e o espaçamento alcançáveis.
Classe de confiabilidade e conformidade
A classe 3 da IPC-6012, os testes adicionais e a rastreabilidade IATF 16949 aumentam o trabalho de inspeção — e são requisitos inegociáveis quando aplicáveis.
Volume e cronograma
Protótipos e fabricação com prazo curto têm custos diferentes dos volumes de produção. Informe a quantidade do lote e a data.
CONJUNTO INTERATIVO DE FERRAMENTAS DE ENGENHARIA
Ferramentas para HDI com interconexão em todas as camadas
Acesse nossas calculadoras próprias para configurar stackups, verificar a conformidade com a IPC-2226, estimar índices de custo e preparar especificações precisas para solicitar orçamento de fabricação.
FERRAMENTA // 01
Seletor de estrutura HDI
Avalie o passo do BGA, a densidade de E/S e os limites de área da placa para definir a arquitetura de roteamento de menor custo.
FERRAMENTA // 02
Verificador da relação de aspecto de microvias
Verifique as dimensões das microvias e a espessura do dielétrico em relação à faixa de metalização confiável da IPC-2226.
FERRAMENTA // 03
Estimador de custo e tamanho
Compare o percentual de redução da área da placa com o custo adicional de fabricação nos diferentes níveis de HDI.
FERRAMENTA // 04
Gerador de especificações para orçamento HDI
Gere um conjunto padronizado de especificações para orçamento, pronto para análise DFM, a fim de obter preços de fabricação com rapidez e precisão.
Recursos técnicos
Perguntas frequentes sobre PCB HDI com interconexão em todas as camadas
O que é uma PCB HDI com interconexão em todas as camadas e como ela difere do HDI 1+N+1 convencional?
Uma PCB HDI com interconexão em todas as camadas usa microvias empilhadas e preenchidas com cobre para permitir interconexões em cada camada, de modo que uma trilha em qualquer camada possa alcançar qualquer outra. O HDI 1+N+1 convencional acrescenta camadas com microvias apenas nas duas faces externas, sobre um núcleo com furos passantes. A interconexão em todas as camadas elimina esse limite de roteamento, por isso é usada quando não é possível fazer o fan-out de um BGA denso com 1+N+1 ou 2+N+2.
Por que o HDI com interconexão em todas as camadas custa mais do que o HDI convencional?
O custo acompanha o número de ciclos de laminação sequencial. Cada ciclo adicional exige outra passagem pela prensagem, furação, metalização e geração de imagem; por isso, um stackup com interconexão em todas as camadas custa mais do que uma placa fabricada em um único ciclo. Dados do setor indicam que uma placa HDI de 6 camadas custa cerca de 30-50% mais do que uma placa de 4 camadas. Há uma compensação real: uma placa menor, menos camadas para o mesmo roteamento e maior rendimento da montagem frequentemente compensam parte do custo adicional. Ajustamos o número de ciclos ao seu projeto para que você não pague por camadas adicionais desnecessárias.
As microvias empilhadas são confiáveis sob ciclagem térmica?
Microvias empilhadas podem falhar por separação no eixo Z junto ao pad de destino durante o refluxo e a ciclagem térmica, um risco apontado pela IPC para produtos de alta confiabilidade. Administramos esse risco com vias preenchidas com cobre, número controlado de ciclos, transições escalonadas quando o stackup permite e proteção de vias conforme a IPC-4761. Placas para aplicações aeroespaciais e médicas são fabricadas e inspecionadas conforme a classe 3 da IPC-6012.
Um fabricante sediado na China consegue produzir HDI avançado e confiável com interconexão em todas as camadas?
Sim. Stackups avançados com interconexão em todas as camadas, como 3+N+3, são produzidos por fabricantes de PCBs capazes e têm desempenho comprovado em uso, enquanto compradores relatam atingir suas metas de qualidade e confiabilidade. O que precisa ser qualificado não é o país, mas a capacidade: peça informações sobre as estruturas viáveis, os limites de preenchimento e de relação de aspecto das microvias, a classe IPC e um relatório de rastreabilidade de exemplo. Na prática, o risco real não é a localização geográfica, mas um processo não comprovado — evite um fabricante de PCBs que não consiga apresentar dados de preenchimento das microvias ou registros de inspeção, onde quer que esteja. Peça para ver um corpo de prova e uma seção transversal antes de assumir um compromisso de produção em volume e qualifique a linha como faria com qualquer fornecedor de alta confiabilidade. A PCBark fabrica conforme a classe 3 da IPC-6012 e a IPC-6016 e oferece análise DFM completa antes da preparação das ferramentas de produção.
Quantas camadas uma placa HDI com interconexão em todas as camadas pode ter?
A construção com interconexão em todas as camadas pode acompanhar o aumento do número de camadas porque cada camada dielétrica tem sua própria microvia. Projetos móveis e com muitas E/S normalmente usam de 8 a 16 camadas, e placas com mais camadas são produzidas para aplicações especializadas. O limite prático do seu projeto é determinado pela simetria do stackup, pelas metas de impedância e pelo número de ciclos de laminação disponível, fatores que confirmamos durante a análise DFM.
Preciso mesmo de interconexão em todas as camadas ou 2+N+2 é suficiente?
Se o fan-out do seu BGA mais denso for viável com 1+N+1 ou 2+N+2 dentro dos limites de camadas, essa configuração será mais barata, e nós informaremos você. A estrutura com interconexão em todas as camadas só oferece vantagem de preço em relação às estruturas multicamadas quando a capacidade das vias se esgota, quando um agrupamento de dispositivos muito próximos restringe uma estrutura mais compacta ou quando a área disponível para o layout é o fator limitante. Envie o stackup e os componentes com menor passo, e informaremos o melhor preço para a estrutura necessária ao roteamento do seu projeto.
Quais geometrias de microvias e trilhas a PCBark oferece para HDI com interconexão em todas as camadas?
Microvias de 100 mícrons preenchidas com cobre têm relação de 0.75 para 1 entre o espaçamento das trilhas e a abertura da via, seguindo a norma IPC-2226 para espaçamento e trilhas de até cerca de 75 mícrons em uma configuração avançada, tudo dependendo do material usado, do número de camadas e da espessura da folha de cobre. Usamos uma análise DFM “All in One Design”(ADI) para estabelecer as dimensões viáveis com base no seu stackup e nas restrições do projeto.
O que você precisa receber de mim para orçar uma placa HDI com interconexão em todas as camadas?
Envie-nos os dados Gerber ou arquivos ODB++, juntamente com seu stackup de camadas, que define as impedâncias desejadas, a lista completa de materiais, o nível de conformidade com a IPC (por exemplo, classe 3), as quantidades necessárias e as datas em que você deseja receber as peças acabadas. Em seguida, usaremos nossas ferramentas integradas de análise DFM para avaliar a estrutura projetada, estimar o número de ciclos e analisar os materiais de fabricação antes de fornecer um orçamento e o prazo de entrega para sua aplicação.
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Solicite à PCBark um orçamento de PCB HDI com vias em qualquer camada
Envie sua estrutura e responderemos com a estrutura de menor custo projetada para acomodar o roteamento HDI, o resultado de uma análise DFM abrangente e um orçamento que reflita a classe IPC especificada. Mais de 16 anos de experiência em EMS para apoiar seu projeto.
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