À medida que os projetos de PCB evoluem para formatos menores, maior densidade de roteamento e desempenho mais elevado, as estruturas convencionais com furos metalizados passantes já não são suficientes para muitas aplicações. Por isso, a tecnologia HDI (High-Density Interconnect) se tornou uma abordagem padrão no design moderno de PCBs.
O HDI utiliza microvias, camadas de buildup e roteamento de linhas finas para acomodar mais interconexões em menos espaço. Na prática, o HDI costuma ser discutido em termos de tipos de PCB e de estruturas de stackup, abrangendo configurações como 1+N+1 e 2+N+2, além de formatos mais avançados, como ELIC.
Neste artigo, vamos explicar os principais tipos de PCB HDI, como as estruturas Type I a Type VI são definidas, o que significa a notação x[C]x e como as regras de projeto para HDI afetam a fabricabilidade.
A base do HDI: microvias e densidade de roteamento
O que define o HDI é o uso de microvias e de estruturas de interconexão de alta densidade.
As microvias podem ter diferentes formatos
Nas placas HDI, as microvias não se limitam a uma única geometria. Os formatos mais comuns incluem:
- parede reta
- cone positivo
- cone negativo
- formato de taça
Essas geometrias permitem conexões entre camadas de alta densidade em projetos de PCB compactos.
O processamento das microvias é dividido em três classes
A fabricação de microvias normalmente é classificada em três grupos:
- Classe A
- Classe B
- Classe C
Os processos mudam, mas o objetivo permanece o mesmo: aumentar a densidade de interconexão em uma área menor.
O HDI melhora muito a densidade de roteamento
Ao combinar microvias com camadas de buildup, o HDI pode oferecer uma densidade de roteamento de 4 a 8 vezes maior do que a de PCBs tradicionais com furos passantes.
Esse é um dos motivos pelos quais o HDI é amplamente usado em:
- smartphones
- equipamentos de comunicação
- eletrônica industrial
- sistemas de computação de alto desempenho
A IPC classifica as microvias em vários tipos
Na terminologia da IPC, as microvias não são tratadas como um único recurso genérico. Elas são divididas em 10 tipos, o que reflete a variedade de estruturas empregadas em projetos HDI.
Classificação básica dos tipos de PCB HDI
As estruturas HDI geralmente são classificadas em seis categorias principais:
- Type I
- Type II
- Type III
- Type IV
- Type V
- Type VI
Essas seis categorias abrangem os tipos de PCB HDI e os stackups HDI mais comuns em uso atualmente. Mesmo que novas variações surjam com o avanço das tecnologias de fabricação, esse sistema de classificação continua sendo a base para compreender as estruturas HDI.
Entendendo a camada core: o que significa [C]?
Uma parte importante da classificação das estruturas HDI é a camada core.
Na notação HDI, [C] representa o core. Dependendo do papel que ele desempenha na estrutura de interconexão, ele pode ser definido de diferentes formas:
- [CA]: um core com vias condutivas internas que podem se conectar às camadas externas
- [CB]: um core que suporta interconexão interna e externa, com microvias conectando-se às camadas internas
- [CC]: um core passivo, sem interconexão elétrica
Isso é importante porque a estrutura do HDI não é definida apenas pelas camadas de buildup, mas também pela função elétrica do próprio core.
O que significa x[C]x nos stackups HDI?
As estruturas de buildup HDI costumam ser descritas com a seguinte notação:
x[C]x
Nesse formato:
- x representa o número de camadas de buildup adicionadas ao core
- [C] representa um core laminado de n camadas, com ou sem furos
Essa notação indica quantas camadas de buildup são adicionadas a cada lado do core.
Exemplos:
- 1[C]0 = uma camada de buildup em um lado do core
- 1[C]1 = uma camada de buildup em cada lado
- 2[C]0 = duas camadas de buildup em um lado
- 2[C]2 = duas camadas de buildup em cada lado
Quando essa notação fica clara, as diferenças entre as estruturas Type I e Type VI se tornam muito mais fáceis de entender. Na prática, ela também se alinha a stackups comuns, como 1+N+1 HDI, além de outras estruturas de buildup sequencial.
Principais tipos de PCB HDI
Estrutura Type I
Notação comum
- 1[C]0
- 1[C]1
Características principais
A estrutura Type I inclui:
- microvías metalizadas
- furos passantes metalizados
Sua principal característica é a presença de uma única camada de buildup com microvias, presente em um ou ambos os lados do core.
- 1[C]0 = uma camada de microvia em um lado
- 1[C]1 = uma camada de microvia nos dois lados
Estrutura típica
O Type I começa com um core convencional, que pode ser rígido ou flexível. Uma camada dielétrica é adicionada ao core, e então são formadas vias blindadas para conectar as camadas externas às internas adjacentes. Depois disso, faz-se a furação mecânica para criar furos passantes ao longo de toda a espessura da placa. Após a metalização ou o preenchimento condutivo, o circuito das camadas externas é finalizado.
Como entender esse tipo
O Type I é um dos tipos de PCB HDI mais comuns e mais fáceis de entender. Ele combina core, microvias e furos passantes metalizados em uma estrutura de buildup de um único nível e está fortemente associado ao conceito 1+N+1 do HDI.
Estrutura Type II
Notação comum
- 1[C]0
- 1[C]1
Diferença principal em relação ao Type I
O Type II tem uma estrutura de buildup semelhante à do Type I, mas o core já contém furos passantes metalizados antes do início do buildup HDI.
Como entender esse tipo
O Type II usa um core pré-processado com conectividade por furo passante metalizado e, em seguida, adiciona uma estrutura HDI por cima. Ele é adequado para projetos em que parte da interconexão já está incorporada ao core.
Estrutura Type III
Notação comum
- 2[C]0
- 2[C]2
Características principais
O Type III também inclui:
- microvías metalizadas
- furos passantes metalizados
Mas em vez de uma única camada de buildup com microvias, ele adiciona duas camadas.
- 2[C]0 = duas camadas de buildup em um lado
- 2[C]2 = duas camadas de buildup nos dois lados
Estrutura típica
O Type III normalmente é fabricado por laminação sequencial. A primeira camada de buildup forma microvias entre as camadas internas adjacentes, seguida da metalização e da formação do circuito. Depois, uma segunda camada dielétrica é adicionada para formar a camada externa de microvias. Os furos passantes são perfurados posteriormente e o circuito final é concluído.
Por que ele é importante
Comparado ao Type I e ao Type II, o Type III suporta:
- maior densidade de roteamento
- interconexões mais complexas
- estruturas de buildup em múltiplas etapas
Por isso, ele é comum em stackups HDI mais avançados.
Estrutura Type IV
Notação comum
- 1[P]0
- 1[P]1
- >2[P]>0
Características principais
O Type IV é construído sobre um substrato já perfurado e metalizado, em vez de um core sem tratamento.
A estrutura base pode ser:
- um core de PCB padrão
- um substrato com core metálico
- rígido ou flexível
Como entender esse tipo
O Type IV pode ser visto como uma estrutura HDI adicionada sobre uma base já processada, com conectividade por furos metalizados previamente estabelecidos.
Estrutura Type V
Características principais
O Type V é uma estrutura HDI sem core (coreless HDI).
Em vez de depender de um core central tradicional, ele conecta camadas metalizadas ou preenchidas com pasta condutiva por meio de uma camada intermediária comum.
Característica do processo
As camadas normalmente são adicionadas em pares, e as interconexões geralmente são formadas ao mesmo tempo. Diferentemente do buildup sequencial padrão, o Type V se aproxima mais de um processo de laminação única.
Como entender esse tipo
As características que definem esse tipo são:
- ausência de core
- construção em pares de camadas
- comportamento de laminação em etapa única
Esse tipo de coreless HDI é útil quando se busca uma estrutura mais fina ou mais leve.
Estrutura Type VI
Características principais
O Type VI é a categoria mais flexível do HDI. Ele permite que a interconexão elétrica e a formação do circuito sejam concluídas simultaneamente. Em alguns casos, estruturas elétricas e mecânicas também podem ser formadas simultaneamente.
Opções de fabricação
O Type VI pode usar:
- laminação sequencial
- laminação em etapa única
Métodos de interconexão
Diferentemente do HDI convencional, o Type VI não depende apenas de metalização. As conexões entre camadas também podem ser feitas usando:
- filmes ou adesivos anisotrópicos
- pasta condutiva
- métodos de perfuração através do dielétrico
- outras tecnologias sem metalização tradicional
Como entender esse tipo
O Type VI representa uma abordagem mais integrada de HDI, combinando interconexão e estrutura em um único fluxo de processo. Ele é especialmente relevante em advanced packaging e em aplicações especializadas de alta densidade.
Regras de projeto HDI e fabricabilidade
Uma diferença importante entre o projeto HDI e o projeto convencional de PCB é que a capacidade de fabricação afeta diretamente a possibilidade de produzir o design de forma confiável.
As capacidades dos fabricantes podem variar bastante em áreas como:
- formação de linhas finas
- precisão de ataque químico
- registro entre camadas
- fabricação de microvias
- desempenho de metalização
Por esse motivo, as regras de projeto para HDI são uma parte crítica de qualquer desenvolvimento HDI no mundo real.
Por que as regras de projeto HDI são classificadas?
As regras de projeto HDI são divididas em categorias para refletir diferenças na dificuldade de fabricação e na capacidade de produção.
De forma geral, elas podem ser vistas em duas faixas amplas de fabricabilidade:
- fabricabilidade preferencial
- fabricabilidade mais limitada
Para uso prático em projeto, elas costumam ser simplificadas em três classes:
- Class A
- Class B
- Class C
Essa abordagem de classificação está fortemente associada a normas como a IPC-2226, amplamente utilizada nas discussões sobre estruturas HDI e fabricabilidade.
O que significam as classes A, B e C nas regras de projeto do HDI?
Class A: melhor opção para produção padrão em alto volume
A Class A trabalha com tolerâncias relativamente mais folgadas em processos HDI padronizados. Isso oferece várias vantagens:
- menor custo
- controle de rendimento mais simples
- melhor adequação à produção em volume
- maior disponibilidade de fornecedores
A maioria dos fabricantes com capacidade para HDI consegue atender à Class A. Por isso, ela costuma ser a melhor escolha para produtos que priorizam:
- controle de custo
- estabilidade de produção
- flexibilidade na cadeia de suprimentos
Class B: nível padrão de fabricação HDI
A Class B representa um nível mais típico de capacidade no HDI. Ela exige um controle mais rigoroso do que a Class A, mas ainda está dentro do alcance da maioria dos fabricantes de HDI consolidados. Aproximadamente 75% dos fabricantes de HDI atendem aos requisitos da Class B.
A Class B é usada com frequência em:
- projetos de densidade média a alta
- produtos que precisam equilibrar desempenho e custo
- eletrônicos de médio e alto padrão
Class C: exigência avançada de fabricação
A Class C é a categoria mais exigente no projeto HDI. Ela requer o mais alto nível de capacidade de processo, e apenas cerca de 20% dos fabricantes de HDI conseguem produzi-la com confiabilidade.
Para manter um bom rendimento, a Class C costuma exigir:
- painéis menores
- controle de processo mais rigoroso
- equipamentos especiais ou métodos de fabricação não convencionais
Como consequência, ela normalmente vem acompanhada de:
- custo mais alto
- menor eficiência de produção
A Class C é mais comum em aplicações avançadas, como:
- encapsulamento eletrônico
- COB (Chip on Board)
- interposers flip-chip
- MCMs (Multi-Chip Modules)
Na maioria dos casos de produção padrão de PCB, a Class C não é a opção padrão. Ela costuma ser utilizada em aplicações de interconexão e de encapsulamento de alto nível.
Uma regra prática no projeto HDI
As classes A, B e C deixam claro: em HDI, recursos menores nem sempre indicam um projeto melhor.
Uma abordagem prática de projeto precisa equilibrar:
- densidade de roteamento
- desempenho elétrico
- rendimento de fabricação
- capacidade dos fornecedores
- custo de produção
De modo geral, regras mais relaxadas são mais fáceis de fabricar em escala e custam menos. Regras mais agressivas aumentam a dificuldade de fabricação, limitam as opções de fornecedores e elevam os custos.
Um bom projeto HDI não consiste em reduzir todos os parâmetros ao mínimo. O ponto principal é selecionar a estrutura adequada e as regras de projeto para o produto e para a capacidade de fabricação disponíveis.
As regras de projeto HDI precisam estar alinhadas à estrutura
As regras de projeto HDI sempre devem ser avaliadas no contexto da própria estrutura, incluindo:
- o tipo de HDI
- O número de camadas de buildup com microvias
- a classe de projeto
- as tolerâncias de fabricação exigidas
Por isso, as regras de projeto fazem mais sentido quando analisadas em conjunto com uma estrutura HDI específica. Um exemplo do Type III é frequentemente usado porque sua estrutura de buildup com dois níveis de microvia evidencia claramente a relação entre a densidade de roteamento e a capacidade de fabricação.
Conclusão
O HDI é muito mais do que um conceito de PCB baseado em microvias. Trata-se de um sistema completo de interconexão, definido por estrutura de core, método de buildup, estratégia de vias e fabricabilidade.
Para entender corretamente os tipos de PCB HDI, o ideal é analisar quatro pontos em conjunto:
- O projeto das microvias
- o tipo de estrutura
- A notação do stackup
- as regras de projeto
Na prática, o objetivo não é decorar os tipos I a VI. O valor real está em saber escolher a estrutura certa para a aplicação — seja um buildup de um ou vários estágios, um projeto com core ou coreless HDI, ou ainda um equilíbrio viável entre desempenho, custo e capacidade de fabricação.
Quando estrutura e capacidade de fabricação são consideradas juntas, o projeto HDI fica mais fácil de avaliar e muito mais confiável na produção real.
