A medida que los diseños de PCB avanzan hacia formatos más compactos, con mayor densidad de enrutado y mejor rendimiento, las estructuras convencionales con agujeros pasantes ya no son suficientes para muchas aplicaciones. Por eso, la tecnología HDI (High-Density Interconnect) se ha convertido en un enfoque habitual en el diseño moderno de placas de circuito impreso.
HDI utiliza microvías, capas de buildup y ruteado de línea fina para integrar más interconexiones en menos espacio. En la práctica, el HDI suele analizarse en términos de tipos de PCB y de estructuras de stackup, desde configuraciones como 1+N+1 y 2+N+2 hasta formatos más avanzados como ELIC.
En este artículo explicamos los principales tipos de PCB HDI, cómo se definen las estructuras de tipo I a VI, qué significa la notación x[C]x y cómo las reglas de diseño HDI afectan la fabricabilidad.
La base del HDI: microvías y densidad de enrutado
Lo que define el HDI es el uso de microvías y de estructuras de interconexión de alta densidad.
Las microvías pueden tener distintas formas
En las placas HDI, las microvías no se limitan a una única geometría. Las formas más habituales son:
- pared recta
- cono positivo
- cono negativo
- forma de copa
Estas geometrías permiten conexiones entre capas de alta densidad en diseños de PCB compactos.
El procesado de microvías se divide en tres clases
La fabricación de microvías suele clasificarse en tres grupos:
- Clase A
- Clase B
- Clase C
Los procesos cambian, pero el objetivo es el mismo: lograr una mayor densidad de interconexión en menos espacio.
HDI mejora de forma notable la densidad de enrutado
Al combinar microvías con capas de buildup, el HDI puede ofrecer una densidad de enrutado aproximadamente 4 a 8 veces mayor que la de los diseños convencionales con agujeros pasantes.
Esta es una de las razones por las que el HDI se utiliza ampliamente en:
- smartphones
- equipos de comunicaciones
- electrónica industrial
- sistemas de computación de alto rendimiento
IPC clasifica las microvías en varios tipos
En la terminología de IPC, las microvías no se consideran un único elemento genérico. Se dividen en 10 tipos, lo que refleja la variedad de estructuras empleadas en el diseño HDI.
Clasificación básica de los tipos de PCB HDI
Las estructuras HDI suelen clasificarse en seis categorías principales:
- Type I
- Type II
- Type III
- Type IV
- Type V
- Type VI
Estas seis categorías cubren los tipos de PCB HDI y los stackups HDI más habituales en uso actualmente. Aunque puedan surgir nuevas variantes con la evolución de la fabricación, este sistema de clasificación sigue siendo la base para comprender las estructuras HDI.
La capa core: qué significa [C]
Una parte clave de la clasificación de las estructuras HDI es la capa core.
En la notación HDI, [C] representa el core. Dependiendo de su función en la estructura de interconexión, puede definirse de varias maneras:
- [CA]: un core con vías conductoras internas que puede conectarse a capas exteriores
- [CB]: un core que soporta interconexión interna y externa, con microvías conectadas a capas internas
- [CC]: un core pasivo sin interconexión eléctrica
Esto es importante porque la estructura HDI no se define solo por las capas de buildup, sino también por la función eléctrica del propio core.
Qué significa x[C]x en los stackups HDI
Las estructuras HDI de buildup suelen describirse con la siguiente notación:
x[C]x
En este formato:
- x representa el número de capas de buildup añadidas al core
- [C] representa un core laminado de n capas, con o sin agujeros
Esta notación muestra cuántas capas de buildup se añaden a cada lado del core.
Ejemplos:
- 1[C]0 = una capa de buildup en un lado del core
- 1[C]1 = una capa de buildup en ambos lados
- 2[C]0 = dos capas de buildup en un lado
- 2[C]2 = dos capas de buildup en ambos lados
Cuando esta notación se entiende bien, las diferencias entre las estructuras de Type I y Type VI resultan mucho más claras. En la práctica, también se relaciona con stackups habituales como 1+N+1 HDI y otras estructuras de buildup secuencial.
Principales tipos de PCB HDI
Estructura Type I
Notación habitual
- 1[C]0
- 1[C]1
Características principales
La estructura Type I incluye:
- microvías metalizadas
- agujeros pasantes metalizados
Su característica principal es una única capa de buildup con microvías en uno o ambos lados del core.
- 1[C]0 = una capa de microvías en un lado
- 1[C]1 = una capa de microvías en ambos lados
Estructura típica
El tipo I forma parte de un core convencional, que puede ser rígido o flexible. Sobre el core se añade una capa dieléctrica y se forman vias blind para conectar las capas exteriores con las internas adyacentes. Después se realiza el taladrado mecánico para crear agujeros pasantes a lo largo de todo el espesor de la placa. Tras la metalización o el relleno conductor, se completa el circuito de las capas exteriores.
Cómo entender este tipo
El tipo I es uno de los tipos de PCB HDI más comunes y más sencillos de interpretar. Combina core, microvías y agujeros pasantes metalizados en una estructura de buildup de un solo nivel, muy relacionada con el concepto 1+N+1 HDI.
Estructura Type II
Notación habitual
- 1[C]0
- 1[C]1
Diferencia principal frente a Type I
La estructura Type II tiene un buildup similar al de Type I, pero el core ya incluye agujeros pasantes metalizados antes de comenzar el buildup HDI.
Cómo entender este tipo
Type II utiliza un core preprocesado con conectividad mediante agujeros pasantes metalizados y, posteriormente, añade encima la estructura HDI. Es adecuado para diseños en los que parte de la interconexión ya está integrada en el core.
Estructura Type III
Notación habitual
- 2[C]0
- 2[C]2
Características principales
La estructura Type III también incluye:
- microvías metalizadas
- agujeros pasantes metalizados
La diferencia es que añade dos capas de buildup con microvías en lugar de una.
- 2[C]0 = dos capas de buildup en un lado
- 2[C]2 = dos capas de buildup en ambos lados
Estructura típica
El tipo III suele fabricarse mediante laminación secuencial. La primera capa de buildup forma microvías entre las capas internas adyacentes, seguida de la metalización y la formación del circuito. Después se añade una segunda capa dieléctrica para formar la capa externa de microvías. Los agujeros pasantes se perforan posteriormente y se completa el circuito final.
Por qué es importante
En comparación con Type I y Type II, Type III permite:
- mayor densidad de enrutado
- interconexiones más complejas
- estructuras de buildup en varias etapas
Por eso se utiliza con frecuencia en stackups HDI más avanzados.
Estructura Type IV
Notación habitual
- 1[P]0
- 1[P]1
- >2[P]>0
Características principales
La estructura Type IV se construye sobre un sustrato ya perforado y metalizado, en lugar de sobre un core sin tratar.
La estructura base puede ser:
- un core PCB estándar
- un sustrato con core metálico
- rígido o flexible
Cómo entender este tipo
Type IV puede interpretarse como una estructura HDI añadida sobre una base ya procesada, con conectividad previa mediante agujeros metalizados.
Estructura Type V
Características principales
La estructura Type V es una HDI sin core (coreless HDI).
En lugar de depender de un core central tradicional, conecta capas metalizadas o rellenas con pasta conductora mediante una capa intermedia común.
Característica del proceso
Las capas suelen añadirse por pares y las interconexiones suelen formarse al mismo tiempo. A diferencia del buildup secuencial estándar, el Type V se asemeja más a un proceso de laminación única.
Cómo entender este tipo
Sus rasgos definitorios son:
- sin core
- construcción en pares de capas
- comportamiento de laminación en una sola etapa
Este tipo de coreless HDI resulta útil cuando se requieren estructuras más finas o más ligeras.
Estructura Type VI
Características principales
La estructura Type VI es la categoría HDI más flexible. Permite completar la interconexión eléctrica y la formación del circuito simultáneamente. En algunos casos, también pueden generarse simultáneamente estructuras eléctricas y mecánicas.
Opciones de fabricación
Type VI puede utilizar:
- laminación secuencial
- laminación en una sola etapa
Métodos de interconexión
A diferencia del HDI convencional, el Type VI no depende únicamente de la metalización. Las conexiones entre capas también pueden realizarse mediante:
- películas o adhesivos anisotrópicos
- pasta conductora
- métodos de perforación del dieléctrico
- otras tecnologías sin metalización convencional
Cómo entender este tipo
El tipo VI representa un enfoque HDI más integrado, que combina interconexión y estructura en un único flujo de proceso. Es especialmente relevante en advanced packaging y en aplicaciones especializadas de alta densidad.
Reglas de diseño HDI y fabricabilidad
Una diferencia clave entre el diseño HDI y el diseño convencional de PCB es que la capacidad de fabricación influye directamente en si el diseño puede producirse de forma fiable.
Las capacidades de fábrica pueden variar mucho en áreas como:
- definición de líneas finas
- precisión de grabado
- registro entre capas
- fabricación de microvías
- rendimiento de metalización
Por eso, las reglas de diseño HDI son una parte crítica de cualquier desarrollo HDI real.
Por qué se clasifican las reglas de diseño HDI
Las reglas de diseño HDI se dividen en categorías para reflejar las diferencias en la dificultad de fabricación y la capacidad de producción.
En general, pueden entenderse en dos grandes rangos de fabricabilidad:
- fabricabilidad preferente
- fabricabilidad más limitada
Para un uso práctico en diseño, suelen simplificarse en tres clases:
- Class A
- Class B
- Class C
Este enfoque de clasificación está estrechamente relacionado con normas como la IPC-2226, ampliamente utilizadas al hablar de las estructuras HDI y su fabricabilidad.
Qué significan Class A, B y C en las reglas de diseño HDI
Class A: la mejor opción para producción estándar en alto volumen
Class A trabaja con tolerancias relativamente más amplias en procesos HDI estándar. Esto aporta varias ventajas:
- menor coste
- control de rendimiento más sencillo
- mejor adaptación a producción en volumen
- mayor disponibilidad de proveedores
La mayoría de los fabricantes con capacidad HDI pueden trabajar con Class A. Por eso suele ser la mejor opción para productos que priorizan:
- control de costes
- estabilidad de producción
- flexibilidad en la cadena de suministro
Class B: nivel estándar de fabricación HDI
La clase B representa un nivel más habitual de capacidad de HDI. Exige un control más estricto que el de la clase A, pero sigue dentro del alcance de la mayoría de los fabricantes consolidados de HDI. Aproximadamente el 75 % de los fabricantes de HDI cumplen los requisitos de la Clase B.
Class B se utiliza habitualmente en:
- diseños de densidad media y alta
- productos que necesitan equilibrar prestaciones y coste
- electrónica de gama media y alta
Class C: requisito de fabricación avanzado
La categoría C es la más exigente en el diseño HDI. Requiere el nivel más alto de capacidad de proceso y solo alrededor del 20 % de los fabricantes de HDI pueden producirla de forma fiable.
Para mantener el rendimiento, Class C suele requerir:
- paneles más pequeños
- control de proceso más estricto
- equipos especiales o métodos de fabricación no convencionales
Como consecuencia, normalmente implica:
- mayor coste
- menor eficiencia de producción
Class C se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones avanzadas, como:
- encapsulado electrónico
- COB (Chip on Board)
- interposers flip-chip
- MCMs (Multi-Chip Modules)
Para la mayoría de las producciones estándar de PCB, Class C no es la opción por defecto. Suele reservarse para aplicaciones de interconexión y de encapsulado de alto nivel.
Una regla práctica en diseño HDI
Las clases A, B y C dejan clara una idea: en HDI, hacer los elementos más pequeños no siempre significa diseñar mejor.
Un enfoque práctico de diseño debe equilibrar:
- densidad de enrutado
- rendimiento eléctrico
- rendimiento de fabricación
- capacidad del proveedor
- coste de producción
En general, las reglas más relajadas resultan más fáciles de fabricar a escala y cuestan menos. Las reglas más exigentes aumentan la dificultad de fabricación, limitan las opciones de proveedor y elevan el coste.
Un buen diseño HDI no consiste en llevar todos los parámetros al mínimo. La clave está en seleccionar la estructura adecuada y las reglas de diseño correctas según el producto y la capacidad de fabricación disponible.
Las reglas de diseño HDI deben ajustarse a la estructura
Las reglas de diseño HDI siempre deben evaluarse en el contexto de la propia estructura, incluyendo:
- el tipo de HDI
- el número de capas de buildup con microvías
- la clase de diseño
- las tolerancias de fabricación requeridas
Por eso, las reglas de diseño se entienden mejor junto con una estructura HDI concreta. A menudo se utiliza un ejemplo de Type III porque su estructura de buildup de dos niveles muestra claramente la relación entre la densidad de enrutado y la capacidad de fabricación.
Conclusión
HDI es mucho más que un concepto de PCB basado en microvías. Es un sistema completo de interconexión, definido por la estructura del core, el método de buildup, la estrategia de vías y la fabricabilidad.
Para entender bien los tipos de PCB HDI, conviene analizar cuatro elementos en conjunto:
- el diseño de las microvías
- el tipo de estructura
- la notación del stackup
- las reglas de diseño
En la práctica, el objetivo no es memorizar los tipos I a VI. El verdadero valor está en saber elegir la estructura adecuada para cada aplicación, ya se trate de un build-up de una o varias etapas, de un diseño con core o de un coreless HDI, o de un equilibrio realista entre rendimiento, coste y capacidad de fabricación.
Cuando la estructura y la capacidad de fabricación se analizan conjuntamente, el diseño HDI resulta más fácil de evaluar y mucho más fiable en producción.
