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 | Colaboración en la nube y flujo de trabajo integrado de diseño a prototipo | Admite iteración rápida para equipos pequeños, adecuado para la validación de prototipos | Startups y creación rápida de prototipos | muy bajo (1–2 semanas) | Bajo |
| KiCad | Código abierto, multiplataforma, extensibilidad del script | Adecuado para verificación de integración heterogénea en proyectos de código abierto y equipos de creadores | Makers y diseño de prototipos de startups. | Medio | Gratis |
Recomendaciones para la selección de herramientas
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Proyectos de integración heterogéneos de alto nivel. (P.EJ., Servidores de chips): priorizar Cadence Allegro para cumplir con los requisitos de colaboración de alta velocidad y de múltiples chips.
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Dispositivos de pequeña y mediana precisión. (P.EJ., wearables): Diseñador avanzado equilibra las funciones de usabilidad y colaboración.
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Equipos sensibles a los costos: elegir JLCEDA (edición empresarial) o KiCad para reducir los costos de implementación.
Caso Práctico: Codiseño de una PCB integrada con chiplet HDI de 12 capas
4.1 Antecedentes y desafíos del proyecto
Requisitos del proyecto
A 32-módulo de canal 5G RF usando un Arquitectura de integración heterogénea de chiplet (memoria + chip analógico + chip de radiofrecuencia).
Especificaciones clave:
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Apoyo 10 Transmisión de Gbps a 28 GHz
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Espesor total del sistema ≤ 1.2 mm
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Rendimiento de la producción piloto ≥ 99.5%
Desafíos centrales
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Mapeo de pines multichip
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Control de pérdida de señal de alta velocidad
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Equilibrio de estrés térmico
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4-entrega rápida de una semana
4.2 Proceso de implementación de codiseño
Colaboración temprana (1 semana)
El equipo de IC y el equipo de PCB confirmaron mapeo de pines a través del Plataforma de codiseño Cadence.
Mientras tanto, El equipo mecánico completó el diseño del gabinete e intercambió datos utilizando el formato FIL, determinación del límite del contorno de la PCB.
Diseño y enrutamiento (2 semanas)
El equipo de PCB dividió las tareas de enrutamiento por módulo y utilizó Capacidades de enrutamiento de alta velocidad Allegro para optimizar pares diferenciales.
Al mismo tiempo, el equipo de simulación realizó Análisis SI/PI y proporcionó comentarios de optimización en tiempo real.
Verificación y optimización (1 semana)
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Exportado Modelos PASO para realizar verificaciones de interferencias mecánicas y corregir dos conflictos de altura de chip
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Optimizado diseño térmico a través de mediante simulación térmica
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sincronizado reglas del DFM con el fabricante y ajustado mediante profundidad y ancho de huella
Entrega y producción
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Ciclo de diseño reducido de 8 semanas para 4 semanas
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Se alcanzó el rendimiento de la producción piloto 99.95%
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La pérdida de inserción de señal cumplió con los requisitos
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Costo reducido por 18% en comparación con una solución completa de alta frecuencia
Tendencias de desarrollo del codiseño de PCB en 2025
Profundizando la integración heterogénea
2.5Arquitecturas D y 3D se están volviendo comunes. Requisitos de codiseño entre intercaladores de silicio, Puentes de silicio EMIB, y PCB están aumentando rápidamente, acortar aún más los caminos de interconexión.
Flujos de trabajo de diseño habilitados por IA
Se están aplicando algoritmos de IA optimización del mapeo de pines, enrutamiento automático colaborativo, y predicción de conflictos, reduciendo potencialmente los ciclos de diseño al encima 50%.
Convergencia acelerada de herramientas
Las herramientas EDA están evolucionando hacia “colaboración sin límites” a través de IC, tarjeta de circuito impreso, simulación, y fabricación. El intercambio de datos ya no requerirá exportación/importación, habilitando Integración en tiempo real en todo el flujo de trabajo..
Diseño colaborativo ecológico
Se están incorporando el cálculo de la huella de carbono y la selección de materiales respetuosos con el medio ambiente para cumplir con Normas de fabricación ecológica de la UE, Equilibrando el rendimiento y la sostenibilidad.
Colaboración de interconexión óptica
Se están introduciendo diseños de PCB de alta gama tecnología de interconexión óptica. El codiseño debe abordar los desafíos de integración entre Módulos ópticos y componentes eléctricos. para soportar velocidades de datos más altas.
Conclusión
Con la adopción generalizada de tecnologías de integración heterogéneas, El codiseño de PCB ha evolucionado desde una herramienta auxiliar a un capacidad central a nivel de sistema.
El codiseño exitoso requiere:
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El intercambio de datos entre dominios como base
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Diseño basado en simulación como núcleo
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La colaboración en equipo como garantía
Esto permite la coordinación de toda la cadena entre tarjeta de circuito impreso, CI, diseño mecánico, fabricación, y cadena de suministro.
Ya sea para Grandes empresas que desarrollan sistemas de integración heterogéneos de alta gama. o Pequeñas y medianas empresas que diseñan dispositivos de precisión., Seleccionar las herramientas y estrategias de codiseño apropiadas puede efectivamente reducir riesgos, acortar los ciclos de desarrollo, y optimizar costos.
En el futuro, solo equipos con fuertes capacidades de colaboración profunda obtendrá una ventaja competitiva en industrias emergentes como 5GRAMO, AI, y nuevas tecnologías energéticas.
