Proceso de diseño de PCB HDI explicado en detalle

Desglose detallado del proceso completo de diseño de PCB HDI

1. Análisis de requisitos y preparación previa al diseño

Objetivo central

Convierta requisitos abstractos en especificaciones de diseño procesables y confirme la viabilidad de fabricación..

Proceso de ejecución detallado

Investigación de requisitos (Subpasos)

• Confirmación con el equipo de producto:
  Escenarios de aplicación (Electrónica de consumo / médico / industrial), entorno operativo (temperatura / humedad / vibración), ciclo de vida del producto (≥5 años requiere mayor confiabilidad)

• Confirmación con ingenieros de hardware:
  Modelos de circuitos integrados centrales (P.EJ., Parámetros del paquete BGA), arquitectura de poder (niveles de voltaje / requisitos actuales), tipos de señal (de alta velocidad / cosa análoga / digital)

• Comunicación preliminar con el fabricante de PCB:
  Confirmar límites de fabricación (láser mínimo a través del diámetro / recuento máximo de capas / capacidad de control de impedancia)

Documento de requisitos (SOR) Preparación (Entregable)

Preparación de herramientas y recursos (Subpasos)

• Configuración del software de diseño:
  Instalar los complementos correspondientes (Altium → Kit de herramientas IDH; Cadencia → Optimizador de Microvía), importar bibliotecas de procesos del fabricante (Plantillas estándar IPC-2226A)

• Colección de materiales de referencia:
  Hojas de datos de circuitos integrados centrales (centrarse en la distribución de pines del paquete y los requisitos de energía), especificaciones del proceso del fabricante (parámetros de perforación láser / proceso de laminación), estándares de la industria (IPC-6012E)

• Decisión de puerta de proceso:
  Continúe con el siguiente paso solo después de la aprobación del documento SOR y la confirmación de la viabilidad del proceso del fabricante. (El fabricante debe emitir un Carta de Confirmación de Compatibilidad de Procesos).

2. Diseño apilado

Diseño apilado

Objetivo central

Definir estructura de capas, ciego/enterrado vía distribución, y estrategia de control de impedancia para permitir el enrutamiento posterior.

Proceso de ejecución detallado

Determinación del recuento de capas apiladas (Subpasos)

• Estimación de la capa de señal:
  Calcule las capas de señal requeridas en función de señales críticas (de alta velocidad / diferencial).
  Sigue el principio: una capa de señal corresponde a una capa de referencia.
  Ejemplo: 8 Pítico 4.0 pares diferenciales → 4 capas de señal + 4 capas de referencia = 8 capas

• Asignación de capa de energía/tierra:
  Dividir por dominios de voltaje (P.EJ., 3.3 V / 1.8 V / voltaje del núcleo).
  Cada dominio de voltaje principal requiere al menos una capa de energía y una capa de tierra adyacente..

• Ciego/enterrado mediante combinación de capas:
  Si se requieren vías ciegas para “Superior → L2” y “L7 → Inferior”, y vías enterradas para “L3 → L6”, la acumulación debe ser:
  Arriba (T1) -L2 (T2) -L3 (P1) – L4 (G1) – L5 (G2) -L6 (P2) -L7 (T3) - Abajo (T4)

Diseño de parámetros de apilamiento (Subpasos)

• Asignación de espesor de capa:
  Combinación estándar: capa de señal 0.07 mm + dieléctrico 0.1 mm + capa de poder 0.1 mm
  Ejemplo de espesor total 1.6 mm:
  0.07 × 4 + 0.1 × 3 + 0.1 × 1 = 1.6 mm

• Simulación y validación de impedancia:
  Utilice Ansys SIwave, espesor de la capa de entrada y valores Dk, simular impedancia diferencial y de un solo extremo.
  Ajuste el espesor dieléctrico si la impedancia se desvía (P.EJ., aumentar el espesor dieléctrico si la impedancia es demasiado baja).

• Planificación de caminos ciegos/enterrados:
  Dibujar mediante diagramas de conexión. (P.EJ., S1→S2 ciego vía, S3→S4 ciego vía, L3→L6 enterrado vía) para evitar la superposición.

Entregables de diseño apilado

• Dibujo de estructura apilada (espesor de capa / materiales / a través de tipos)

• Informe de simulación de impedancia

• Ciego/enterrado mediante mesa de distribución

Criterios de puerta de proceso:
Error de impedancia ≤ ±3%, ciego/enterrado vía relación de aspecto ≤ 0.75:1, la alineación capa a capa cumple con los requisitos del fabricante (dentro de ±25 µm).

3. Diseño de selección y ubicación de componentes.

Diseño de selección y ubicación de componentes.

proceso de solución (Orden de colocación)

Confirmación de selección de componentes (Paso previo)

• Prioridad del paquete:
  Preferir 0201 / 01005 paquetes (confirmar la capacidad SMT); Los circuitos integrados centrales priorizan los paquetes BGA/CSP para reducir la huella.

• Verificación de compatibilidad de materiales:
  Confirmar el paso del pin (≥0,4 mm para viabilidad de enrutamiento), disipación de potencia (≤2 W por componente; más alto requiere diseño térmico).

Pasos de ejecución de la colocación

• Reparar componentes principales:
  Coloque CPU/GPU/FPGA en el centro de la placa. Reserva de espacio térmico por hoja de datos (≥4 vías térmicas bajo BGA).

• Colocar componentes de potencia:
  Condensadores de filtro de entrada (10 µF + 0.1 µF) dentro de ≤3 mm de los pines de alimentación del IC.
  PMIC colocado cerca del núcleo IC para minimizar la longitud de la ruta de alimentación.

• Zonificación de señal:

  • Zona de alta frecuencia (≥5GHz): cerca del borde del tablero, aislado del área de energía, encerrado por blindaje metálico (Distancia entre pines de tierra ≤5 mm)

  • Área analógica (CAD/CAD): zona aislada, ≥3 mm del área digital

  • Área de interfaz (USB/HDMI): cerca del borde del tablero, borde del conector ≥5 mm desde el borde de la placa

• Ajuste de componentes periféricos:
  Componentes pasivos colocados cerca de los pines IC correspondientes (ruta de señal ≤5 mm), evitar la colocación entre zonas.

Optimización y verificación de ubicación

• Simulación Térmica:
  Utilice Flotherm; temperatura del punto de acceso ≤85 °C (de lo contrario, agregue vías térmicas o ajuste el espaciado).

• Colocación de controles DRC:

  • Distancia entre componentes ≥0,3 mm (componentes de potencia ≥1 mm)

  • Marcas de polaridad claras

  • Espacio libre BGA ≥1 mm para retrabajo

Entregables de colocación

• Dibujo de colocación de componentes

• Informe de simulación térmica

• Informe de colocación DRC

Criterios de puerta de proceso:
Sin violaciones térmicas, cero errores críticos de DRC, aprobación previa a la revisión del fabricante.

4. Diseño de perforación láser y vía metalización.

Diseño de perforación láser y vía metalización.

Proceso de ejecución detallado

Diseño del esquema de perforación

• Definir mediante tipos (ciego / enterrado / a través de), generar a través del mapa de distribución (diámetro / profundidad / capas conectadas).

• Haga coincidir los parámetros del láser según el material base y confirme la capacidad del fabricante.

• A través de reglas de autorización:
  A través del centro ≥0,3 mm desde el borde de la pastilla, ≥0,2 mm desde la abertura de la máscara de soldadura, no por superposición.

A través del proceso de metalización

• desmechado de plasma (1000 W, 60 s) → micrograbado químico

• Cobre no electrolítico: 28 °C, 18 mín., espesor ≥0,5 µm

• Electro Excripción: 2.5 A/dm², 75 mín., espesor final de cobre ≥20 µm

• Inspección de calidad: radiografía (sin huecos/grietas), cobertura de cobre de microsección ≥95%

Criterios de puerta de proceso:
No a través de conflictos, Cumple con los parámetros de metalización., inspección aprobada.

5. Diseño de enrutamiento

Diseño de enrutamiento

Flujo de ejecución detallado (por prioridad de ruta)

Preparación previa al enrutamiento (Subpasos)

• Establecer reglas de enrutamiento:
  Ancho de traza / espaciado (mínimo 2 mil / 2 mil), valores de impedancia (de un solo extremo 50 Oh / diferencial 100 Oh), discrepancia en la longitud del par diferencial ≤ 3 mm.

• Asignar capas de enrutamiento:
  Señales de alta velocidad → capas exterior/interior adyacentes a planos de referencia;
  Enrutamiento de energía → capas de energía;
  Señales de baja velocidad → capas restantes.

Ejecución de enrutamiento (Subpasos)

• Enrutamiento de energía:
  Calcular el ancho de la traza en función de la corriente (yo = 0.01 ×A).
  Ejemplo: 3 Una corriente → 1.5 mm de ancho de traza (35 cobre).
  Las capas de energía se dividen para aislar diferentes dominios de voltaje (brecha de aislamiento ≥ 2 mm).

• Enrutamiento de señal de alta velocidad (Prioridad más alta):

  • pares diferenciales: ancho de traza = espaciado (0.2 mm / 0.2 mm), enrutamiento paralelo → use compensación serpentina para la falta de coincidencia de longitud (radio de curvatura ≥ 5 × ancho de traza).

  • A través de manipulación: taladrar vías de señal de alta velocidad para eliminar trozos ≥ 1 mm, evitando múltiples capas a través del recorrido.

  • Topología: Pítico / Las señales USB de alta velocidad utilizan topología Fly-by; longitud de la rama ≤ 30 mm.

• Enrutamiento de señal analógica:
  Enrutado por separado, ≥3 mm de señales digitales; utilizar rastros de blindaje (terreno circundante).

• Enrutamiento de señal de baja velocidad:
  Llenar el espacio restante, Evite recorridos paralelos con señales de alta velocidad. (espaciado ≥ 2 mm).

Diseño del sistema terrestre (Ejecutado en paralelo)

• Tierra digital: plano de tierra continuo que cubre la región digital.

• Tierra analógica: plano separado, Conexión de un solo punto a tierra digital en la entrada de energía..

• Tierra de alta frecuencia: suelo de malla, espaciado de rejilla ≤ λ/20, donde λ = velocidad de la luz / frecuencia de señal.

Optimización y verificación de rutas (Subpasos)

• Simulación de integridad de señal:
  Utilice Cadence Sigrity para simular diagramas de ojos (altura de los ojos ≥ 0.5 V, ancho de ojos ≥ 0.5 interfaz de usuario).

• Comprobación de ruta DRC:
  Asegúrese de que no haya violaciones de ancho/espaciado del rastro, sin discontinuidades de impedancia, sin bucles de tierra.

Entregables de enrutamiento

• Diseño de enrutamiento (Gerbera / CANALLA)

• Informe de simulación de integridad de la señal

• Informe de ruta DRC

Criterios de puerta de proceso:
Los resultados de la simulación cumplen con las especificaciones., cero errores críticos de DRC, y sin discontinuidades de impedancia en señales de alta velocidad → proceder a la verificación DFM.

6. DFM (Diseño para la fabricación) Verificación

(Salvaguarda del proceso: Prevenir el retrabajo del diseño)

Flujo de ejecución detallado (en secuencia de inspección)

Diseño de autocomprobación (Subpasos)

Abra las herramientas DFM en el software de diseño de PCB (DFM alto / Comprobación de cadencia DFM) → seleccionar elementos de inspección (como se muestra en la siguiente tabla) → generar un informe de autocomprobación.

Revisión previa del fabricante (Subpasos)

• Envío de archivos:
  Gerber X2 + IPC-2581 + mesa de perforación + BOM → el fabricante emite una Informe de revisión de DFM.

• Corrección de problemas:
  Modifique el diseño según los comentarios del fabricante.
  (P.EJ., Vías láser más pequeñas que la capacidad → ajustar al diámetro mínimo admitido por el fabricante).

Verificación final (Subpasos)

• Autocomprobación secundaria:
  Vuelva a ejecutar las herramientas DFM después de las revisiones → cero infracciones.

• Validación de construcción de prototipo:
  Creación de prototipos en lotes pequeños (recomendado 5-10 tableros) → verificar la soldabilidad y el rendimiento de la señal.

Entregables de DFM

• Informe de autocomprobación de DFM

• Informe de revisión del fabricante DFM

• Archivos de diseño revisados

Criterio de puerta de proceso:
Aprobación del fabricante obtenida, sin problemas de bloqueo de capacidad de fabricación, rendimiento del prototipo ≥ 90% → proceder a la selección del acabado superficial.

7. Selección y diseño del acabado superficial

(Etapa final del proceso: Impacta la confiabilidad de la soldadura & Vida útil)

Flujo de ejecución detallado

Selección del proceso de acabado superficial (Subpasos)

Seleccione según los requisitos de la aplicación (lógica de decisión de referencia):

• Sensible a los costos: OSP (Electrónica de consumo)

• Aplicaciones de alta frecuencia: Plata de inmersión / enépico (estaciones base, enrutadores)

• Múltiples ciclos de reflujo: Aceptar / enépico (médico, industrial)

• Ambientes hostiles: enépico (militar, aeroespacial)

Confirmar la capacidad del fabricante, Por ejemplo:

• ENIG espesor de oro: 0.05–0,1 µm

• espesor de OSB: 0.2–0,5 µm

Requisitos de diseño de acabado superficial (Subpasos)

• Cobertura de almohadilla:
  Todas las almohadillas de soldadura deben estar completamente cubiertas por el acabado superficial.; Se recomienda terminar los puntos de prueba para garantizar la confiabilidad del sondeo..

• Manipulación de los bordes del tablero:
  Las áreas libres de cobre a lo largo del borde del tablero no deben recibir un acabado superficial para evitar que se levanten los bordes..

Criterio de puerta de proceso:
El acabado de la superficie coincide con los requisitos de la aplicación y se puede fabricar → proceder a la prueba y validación.

8. Proceso de prueba y validación

Proceso de prueba y validación

Flujo de ejecución detallado (en secuencia de prueba)

Prueba eléctrica (Subpasos)

• Pruebas abiertas/cortas:
  Probador de sonda voladora (precisión ±0,01 mm) → 100% cobertura (IPC-9262) → no se abre ni se corta.

• Prueba de impedancia:
  TDR (Reflectómetro en el dominio del tiempo) → distancia entre puntos de prueba ≤ 50 mm → desviación ≤ ±3% (señales de alta velocidad).

• Pruebas de integridad de la señal:
  Osciloscopio (ancho de banda ≥ 3× frecuencia de señal) → el diagrama de ojo cumple con las especificaciones
  (altura de los ojos ≥ 0.5 V, ancho de ojos ≥ 0.5 interfaz de usuario).

Inspección Física (Subpasos)

• inspección por rayos x:
  Desviación de alineación de capa a capa ≤ ±15 μm; sin persiana/enterrada mediante compensación.

• Análisis de microsección:
  A través del espesor de cobre de la pared ≥ 20 µm; sin huecos ni grietas.

• Inspección de acabado superficial:
  Espesor del oro ENIG 0,05–0,1 μm; Capa de OSP libre de oxidación.

Pruebas de confiabilidad (Subpasos)

• Prueba de ciclo térmico:
  −40°C a 125 °C, 1000 ciclos → sin grietas en las juntas de soldadura.

• Prueba de envejecimiento por calor húmedo:
  85 °C / 85% RH, 1000 horas → resistencia de aislamiento ≥ 10¹⁰ Ω.

• Prueba de vibración:
  10–2000Hz / 10 gramo, 6 horas → sin daños estructurales.

Proceso de manejo de no conformidades

• Fallo de prueba eléctrica:
  Investigar problemas de enrutamiento o vía metalización → rediseñar y volver a verificar.

• Fallo en la prueba de confiabilidad:
  Optimizar materiales (P.EJ., laminados de alta Tg) o estructura (P.EJ., diseño térmico mejorado) → volver a probar.

Entregables finales

• Informe de prueba eléctrica

• Informe de inspección física

• Informe de prueba de confiabilidad

• Paquete de diseño de producción en masa
  (Gerbera + IPC-2581 + Proseperar + especificaciones de prueba)

Estándar de cierre de proceso:
Todas las pruebas pasaron, archivos de producción completos, y fabricante capaz de realizar una producción en masa estable según la documentación.