De HDI a Ultra HDI: Estrutura de Vias no Design de PCB

Se você tem trabalhado com tecnologia HDI (Interconexão de Alta Densidade), provavelmente notou que a indústria está expandindo os limites do que é possível. Os designs HDI tradicionais têm dependido de microvias perfuradas a laser com cerca de 4 mils de tamanho, com diâmetros de pads de captura tipicamente 8–10 mils maiores. Mas a tecnologia nunca fica parada, e agora o Ultra HDI está levando as coisas para um novo nível, redefinindo a estrutura e densidade de vias de maneiras anteriormente inimagináveis.

Ultra HDI: Reduzindo o Tamanho

A tecnologia Ultra HDI é toda sobre levar os tamanhos de características de placas de circuito impresso ao extremo, e isso inclui não apenas trilhas mas microvias. Agora estamos olhando para tamanhos de via tão pequenos quanto 2 mils, com pads de captura mínimos absolutos de 6 mils—embora 8 mils ainda seja o ponto ideal para confiabilidade. Para colocar isso em perspectiva, isso significa que você pode ter uma via de 75 microns com um pad de captura de 8–10 mils, diminuindo drasticamente a pegada da sua PCB e possibilitando o uso de componentes de alta densidade.

Por que isso importa? Porque à medida que os dispositivos eletrônicos se tornam mais complexos e compactos, a demanda por densidades de interconexão mais altas continua a crescer. O Ultra HDI torna possível embalar mais funcionalidades em espaços menores sem sacrificar a confiabilidade. É um divisor de águas para indústrias que estão no limite da miniaturização, como aeroespacial, dispositivos médicos e computação de alto desempenho.

A Tecnologia por Trás do Ultra HDI

Então, o que torna o Ultra HDI possível? A resposta está na tecnologia avançada de construção, materiais ultrafinos e técnicas precisas de preenchimento de vias.

Primeiro, vamos falar sobre a tecnologia de build-up. A Ultra HDI depende de camadas dielétricas incrivelmente finas e folhas de cobre ultrafinas (por exemplo, peso de cobre de 1/4 oz./sq. ft.) para alcançar suas tolerâncias apertadas. Esses materiais finos permitem a fabricação de características mais finas com tolerâncias mais apertadas do que a gravação mais grosseira, o que ajuda a manter integridade do sinal em camadas finas. A chave para fazer isso funcionar é manter a relação de aspecto do via (relação entre a espessura do material e o diâmetro do via) abaixo de 1:1. Por exemplo, se você está projetando um via de 2 mils, sua camada dielétrica deve ser menor que 2 mils de espessura. Isso normalmente significa trabalhar com dielétricos de 35 microns ou até mesmo 25 microns. Um via um pouco maior de 3 mils pode permitir um dielétrico de 2 mils, mas em todos os casos, a precisão é crítica.

Então, há o desafio de preencher vias enterradas nas camadas internas ultra-HDI. Nesses escalas, o preenchimento de vias enterradas escalonadas com resina simplesmente não será uma opção confiável porque as resinas dos materiais de PCB terão dificuldade em preencher o espaço aberto em uma via enterrada. Em vez disso, as vias devem ser preenchidas com cobre para garantir um desempenho elétrico confiável e integridade estrutural. Vias preenchidas com cobre melhoram a integridade do sinal e o desempenho térmico, ambos cruciais para aplicações de alta frequência e designs com restrições extremas de espaço. Ao eliminar bolsões de ar e melhorar a condutividade, o preenchimento com cobre ajuda a tornar o Ultra HDI confiável.

Impacto do Ultra HDI nas Estruturas de Vias

Uma das maiores vantagens do Ultra HDI é a capacidade de consolidar o roteamento de trilhas para sinais de alta velocidade em um número menor de camadas. Por exemplo, um design HDI que exigia uma largura mínima de trilha de 2 mil e um diâmetro mínimo de via de 4 mil pode alcançar uma densidade muito maior como um design ultra-HDI com trilha de 1 mil de largura e diâmetro de via de 2-3 mil. Com vias menores e camadas dielétricas mais finas, os designers podem rotear mais trilhas por polegada quadrada em um componente de alta densidade com larguras de trilha mais finas na mesma impedância que em camadas mais espessas.

Além disso, o Ultra HDI melhora a distribuição de energia e o gerenciamento térmico. O uso de vias preenchidas com cobre aumenta a dissipação de calor, o que é essencial para aplicações de alta potência. As estruturas de via menores também reduzem a capacitância e a indutância parasitas, levando a um melhor desempenho em designs de alta velocidade e RF. Como resultado, indústrias que requerem desempenho de sinal preciso, como telecomunicações e computação avançada, estão adotando rapidamente o Ultra HDI para atender às suas necessidades em evolução.

O impacto nas estruturas de via é profundo. Vias tradicionais passantes e até microvias convencionais já não são suficientes para designs de próxima geração. O Ultra HDI possibilita estruturas de via empilhadas e escalonadas com espaçamentos mais apertados, melhorando a interconectividade entre camadas e a flexibilidade de design. Isso permite um uso mais eficiente do espaço da placa e aumenta a confiabilidade em aplicações críticas.

Planejamento Antecipado e Parceria na Fabricação

A tecnologia Ultra HDI é empolgante, mas também introduz novas complexidades. Com tolerâncias tão apertadas e materiais avançados, a fabricação não é algo que se possa dar por garantido. É por isso que a colaboração precoce com seu fabricante de PCB é essencial.

Projetar para Ultra HDI não é apenas sobre reduzir vias; trata-se de garantir que todo o processo, desde a seleção de materiais até as técnicas de fabricação, seja otimizado para o sucesso. Trabalhar de perto com seu fabricante durante a fase de design ajuda a identificar possíveis obstáculos antes que eles se tornem problemas dispendiosos. Dada a precisão necessária, até mesmo pequenos ajustes no início podem evitar grandes dores de cabeça mais tarde.

Levar a tecnologia a esse nível pode vir com custos de fabricação adicionais. Mas uma abordagem proativa pode ajudar a mitigar essas despesas. Ao se associar com seu fabricante desde cedo, você pode garantir que as otimizações de processo estejam em vigor, reduzindo o risco de redesigns dispendiosos e melhorando a fabricabilidade geral.

Se você está trabalhando em designs que exigem maior densidade, melhor integridade de sinal e desempenho de primeira linha, Ultra HDI pode ser a solução que você está procurando. Mas lembre-se, o sucesso com Ultra HDI começa com o planejamento. Engajar-se com um fabricante experiente desde o início do processo pode fazer toda a diferença entre um design que funciona e outro que necessita de retrabalho dispendioso.