Guía completa para el codiseño de PCB en 2026
Con la tendencia de los dispositivos electrónicos evolucionando hacia miniaturización, rendimiento alto, y alta confiabilidad, Soluciones de integración heterogéneas que integran múltiples chips funcionales. (chiplets) en un solo Sustrato de PCB están reemplazando gradualmente los diseños de chips monolíticos tradicionales.
Este modelo de integración divide complejos SoC en módulos funcionales independientes y optimiza el costo y el rendimiento mediante el uso de diferentes nodos de proceso. Como principal operador de interconexión, el grado de colaboración entre Diseño de PCB y los chips IC determinan directamente el límite superior del rendimiento del sistema.
A diferencia de los enfoques de diseño tradicionales, moderno Codiseño de PCB enfatiza el Planificación sincrónica de PCB y circuitos integrados.. Desde la etapa inicial de un proyecto, barreras entre la electrónica, mecánica, fabricación, y se eliminan los dominios de la cadena de suministro. A través de una profunda coordinación en optimización de capa, a través del diseño, y planificación de rutas de señales, Se pueden lograr tres beneficios principales.:
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40% mejora en la eficiencia del diseño
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30% reducción de la tasa de retrabajo
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18% optimización de costos
1.1 Actualización del valor central del codiseño: Del “trabajo paralelo” a la “integración profunda”
Adaptación de integración heterogénea.
A través de una colaboración temprana entre el diseño de PCB y IC, cuestiones claves como mapeo de pines multichip, adaptación de impedancia, y distribución de energía se puede resolver para garantizar una integración perfecta de chips fabricados con diferentes nodos de proceso.
Mitigación de riesgos de enlace completo por adelantado
Problemas potenciales en Integridad de la señal (Y), Integridad del poder (PI), y conflictos de estrés térmico se puede identificar tempranamente, especialmente para interfaces de alta velocidad como PCIe y SerDes, abordar problemas como la reflexión y la inquietud.
Colaboración en el ciclo de vida
Lograr una coordinación de circuito cerrado entre diseño, simulación, fabricación, y cadena de suministro, asegurando que la solución sea designable, fabricable, alcanzable, y confiable.
1.2 Cuatro escenarios de aplicación típicos del codiseño
Sistemas integrados heterogéneos
Por ejemplo, Servidores de IA y procesadores de alta gama usando chiplet + Arquitecturas de integración de PCB.
Equipos de alta velocidad y alta frecuencia.
Productos como 5Estaciones base G y módulos ópticos que requieren un control estricto de la pérdida de señal.
Dispositivos electrónicos de precisión.
Aplicaciones como wearables y dispositivos médicos implantables que requieren restricciones de tamaño y confiabilidad extremadamente estrictas.
Proyectos grandes y complejos
Proyectos de defensa y aeroespaciales que involucran R transregional&Equipos D y múltiples proveedores..
Cinco estrategias centrales de codiseño de PCB
2.1 Colaboración entre dominios: Mecanismo de planificación síncrono para PCB e IC
El núcleo de la integración heterogénea reside en la coincidencia estrecha entre PCB e IC, que requiere un flujo de trabajo colaborativo de "Alineación temprana - intercambio de datos - optimización dinámica".
Colaboración en mapeo de pines
En la etapa inicial de un proyecto, sincronizar Definiciones de pines de IC con requisitos de enrutamiento de PCB para garantizar que las direcciones de E/S y las ubicaciones de la interfaz de alta velocidad coincidan con el plan de apilamiento de PCB, evitando la redefinición posterior del pin.
Herramientas de sincronización de datos
Utilice plataformas de colaboración dedicadas como Cadencia Allegro Co-Diseño y Mentor xpedition para permitir el intercambio en tiempo real de datos como dibujos de paquetes, conexiones de alimentación, y almohadillas térmicas, compatible con actualizaciones bidireccionales.
Adaptación de la arquitectura del chip y del apilamiento.
Diseñar el Estructura de apilamiento de PCB basado en la red eléctrica IC y los requisitos de la capa terrestre, optimización de la inductancia de la ruta de retorno de energía. Tecnologías como microvías via-in-pad y microvías apiladas Se puede utilizar para lograr interconexiones compactas..
Caso práctico
A 32-módulo de canal 5G RF adoptó una solución de integración de Chiplet. A través de una colaboración temprana entre el diseño de PCB y IC, el mapeo de pines de chips de memoria (nodos de proceso avanzados) y chips analógicos (nodos de proceso maduros) estaba bloqueado de antemano.
La pila de PCB fue diseñada como un 12-estructura de capa HDI, utilizando tecnología de microvía apilada para lograr distribución de energía de baja inductancia dentro de un 1.2 mm de espesor del tablero, reduciendo la pérdida de inserción de señal mediante 15%.
2.2 Colaboración entre herramientas: Integración perfecta de ECAD / MCAD / EDA
Romper las barreras de las herramientas es clave para mejorar la eficiencia de la colaboración. Los esquemas de colaboración de herramientas para escenarios de integración heterogéneos son los siguientes:
| Dimensión de colaboración | Combinación de herramientas principales | Método de colaboración | Ventajas principales |
|---|---|---|---|
| Colaboración PCB-IC | Cadence Allegro + Innovus, Mentor xpedition + Calibre | Modelo de datos unificado, sincronización en tiempo real | Admite coincidencia dinámica entre pines IC y enrutamiento de PCB, optimización del rendimiento de la interfaz de alta velocidad |
| Colaboración PCB-MCAD | Diseñador avanzado + SOLIDWORKS, NX + Alegro | Intercambio de datos FIL/STEP, enlace en tiempo real | Resuelve conflictos espaciales entre chips y recintos., cumplir con los requisitos de expansión térmica |
| Colaboración en simulación | Sigridad + HFSS, Paquete de hielo Ansys | Intercambio de datos de simulación, invocación entre herramientas | Permite SI simultáneo / PI / Simulación térmica para mitigar los riesgos de rendimiento de forma temprana. |
2.3 Colaboración en equipo: Gestión modular y control de versiones
Estrategia de descomposición de tareas
Divida las tareas según el flujo de trabajo completo:
Definición de interfaz IC → diseño de apilamiento de PCB → enrutamiento de alta velocidad → verificación de simulación → adaptación de fabricación, definir claramente las responsabilidades de los equipos de CI, equipos de PCB, y equipos de simulación.
Sistema de control de versiones
Adoptar Bóveda + Sistemas PLM archivar centralmente archivos de definición de pines, esquemas de acumulación, datos de enrutamiento, e informes de simulación, apoyando el seguimiento de cambios (P.EJ., REV_A04) y detección de conflictos.
Mecanismo de comunicación de circuito cerrado.
Establecer un proceso de solicitud de cambio → revisión entre equipos → ejecución → verificación, Activación de notificaciones a través de plataformas de colaboración para evitar desviaciones de información causadas por la comunicación verbal..
2.4 Colaboración basada en simulación: Garantía integral de desempeño
Los sistemas de integración heterogéneos requieren una colaboración de simulación más estricta que cubra señal, fuerza, térmico, y dimensiones de fabricación.
Simulación de integridad de señal
Basado en las características del controlador IC y modelos de impedancia, simular Reflexión y diafonía en líneas de transmisión de alta velocidad., optimizar la coincidencia de longitud de par diferencial y a través de la geometría, y eliminar trozos de señal.
Simulación de integridad de energía
Modele el Red de distribución de energía (PDN), optimizar Colocación del condensador de desacoplamiento y espesor del cobre., controlar la caída de voltaje y la ondulación de corriente, y reducir el ruido de conmutación simultánea.
Colaboración en simulación térmica
Basado en mapas de potencia del chip, simular la distribución de temperatura de PCB. Mejorar la disipación del calor mediante vias termicas, disipadores de calor, y selección de materiales (como materiales dieléctricos de bajas pérdidas) al mismo tiempo que coincide con el coeficiente de expansión térmica del chip.
DFM verificación de simulación
Sincronizar las reglas del proceso de fabricación por adelantado (como Laminación HDI y control de profundidad por microvía.) para garantizar la compatibilidad del diseño con los procesos de producción en masa y mantener el rendimiento.
2.5 Colaboración en la cadena de suministro: De la selección de componentes a la fabricación
Construcción de biblioteca de componentes compartidos
Integrar 3modelos D, parámetros eléctricos, e información de la cadena de suministro (inventario, plazo de entrega, componentes alternativos) para patatas fritas, conectores, y sustratos para permitir el acceso sincronizado por parte de los equipos de IC y PCB.
Gestión colaborativa de BOM
Sincronizar Datos de lista de materiales en tiempo real durante el proceso de diseño y coordinar con los departamentos de adquisiciones para evitar la escasez de chips y confirmar la compatibilidad de los componentes alternativos con anticipación.
Colaboración del lado de fabricación
Confirmar materiales de sustrato (como sustratos HDI y materiales dieléctricos avanzados), procesos de acumulación, y precisión de perforación Con los fabricantes de PCB desde el principio para garantizar que el diseño cumpla con los requisitos de producción en masa..
Desarrollo de codiseño de PCB
Guía de selección de herramientas de codiseño de PCB convencionales
| Nombre de la herramienta | Ventajas principales | Capacidad de integración heterogénea | Escenarios de aplicación típicos | Curva de aprendizaje | Nivel de costo |
|---|---|---|---|---|---|
| Cadence Allegro | Fuerte enrutamiento de alta velocidad y capacidad de codiseño IC-PCB | Admite mapeo de pines de chiplet sincronizado con enrutamiento de PCB | Proyectos de integración heterogéneos de alto nivel. (Servidores AI, 5Estaciones base G) | Alto (1 año+) | Alto |
| Mentor xpedition | Colaboración entre equipos y gestión de biblioteca centralizada | Adecuado para equipos de dominios cruzados de 10+ gente, admite la integración de múltiples chips | Proyectos de electrónica de automoción y electrónica de consumo de alta gama. | Medio (2–3 meses) | Medio-alto |
| Diseñador avanzado | Fácil de usar, fuerte integración con herramientas MCAD | Adecuado para pequeños y medianos proyectos de integración heterogéneos., apoya el intercambio IDF/STEP | Control industrial y dispositivos portátiles. | Bajo (1–2 meses) | Medio |
| JLCEDA | Cloud collaboration and integrated design-to-prototype workflow | Supports rapid iteration for small teams, suitable for prototype validation | Startups and rapid prototyping | Very low (1–2 weeks) | Bajo |
| KiCad | Código abierto, cross-platform, script extensibility | Suitable for heterogeneous integration verification in open-source projects and maker teams | Makers and startup prototype design | Medio | Gratis |
Tool Selection Recommendations
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Proyectos de integración heterogéneos de alto nivel. (P.EJ., Chiplet servers): prioritize Cadence Allegro to meet high-speed and multi-chip collaboration requirements.
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Small and medium precision devices (P.EJ., wearables): Diseñador avanzado balances usability and collaboration features.
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Cost-sensitive teams: choose JLCEDA (enterprise edition) o KiCad to reduce deployment costs.
Practical Case: Co-design of a 12-Layer HDI Chiplet-Integrated PCB
4.1 Project Background and Challenges
Project requirements
A 32-módulo de canal 5G RF using a Chiplet heterogeneous integration architecture (memoria + analog chip + RF chip).
Key specifications:
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Apoyo 10 Gbps transmission at 28 GHz
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Total system thickness ≤ 1.2 mm
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Pilot production yield ≥ 99.5%
Core challenges
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Multi-chip pin mapping
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High-speed signal loss control
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Thermal stress balance
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4-week rapid delivery
4.2 Co-design Implementation Process
Early collaboration (1 week)
The IC team and PCB team confirmed pin mapping through the Cadence co-design platform.
Mientras tanto, the mechanical team completed enclosure design and exchanged data using the IDF format, determining the PCB outline boundary.
Layout and routing (2 semanas)
The PCB team divided routing tasks by module and used Allegro high-speed routing capabilities to optimize differential pairs.
Al mismo tiempo, the simulation team conducted SI/PI analysis and provided optimization feedback in real time.
Verification and optimization (1 week)
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Exported STEP models to perform mechanical interference checks and corrected two chip height conflicts
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Optimized thermal via layout through thermal simulation
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Synchronized DFM rules with the manufacturer and adjusted via depth and trace width
Delivery and production
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Design cycle reduced from 8 semanas para 4 semanas
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Pilot production yield reached 99.95%
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Signal insertion loss met requirements
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Cost reduced by 18% compared with a full high-frequency solution
PCB Co-design Development Trends in 2025
Deepening heterogeneous integration
2.5D and 3D architectures are becoming mainstream. Co-design requirements among silicon interposers, EMIB silicon bridges, y PCB are rapidly increasing, further shortening interconnection paths.
AI-enabled design workflows
AI algorithms are being applied to pin-mapping optimization, collaborative auto-routing, and conflict prediction, potentially reducing design cycles by encima 50%.
Accelerated tool convergence
EDA tools are evolving toward “boundary-less collaboration” across IC, tarjeta de circuito impreso, simulación, y fabricación. Data exchange will no longer require export/import, habilitando real-time integration throughout the workflow.
Green collaborative design
Carbon footprint calculation and environmentally friendly material selection are being incorporated to comply with EU green manufacturing standards, balancing performance and sustainability.
Optical interconnect collaboration
High-end PCB designs are introducing optical interconnect technology. Co-design must address integration challenges between optical modules and electrical components to support higher data rates.
Conclusión
With the widespread adoption of heterogeneous integration technologies, PCB co-design has evolved from an auxiliary tool to a core system-level capability.
Successful co-design requires:
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Cross-domain data sharing as the foundation
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Simulation-driven design as the core
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Team collaboration as the guarantee
This enables full-chain coordination among tarjeta de circuito impreso, CI, mechanical design, fabricación, y cadena de suministro.
Whether for large enterprises developing high-end heterogeneous integration systems o small and medium companies designing precision devices, selecting the appropriate co-design tools and strategies can effectively reduce risks, shorten development cycles, and optimize costs.
En el futuro, only teams with strong deep-collaboration capabilities will gain a competitive advantage in emerging industries such as 5GRAMO, AI, and new energy technologies.
