Utilice HDI cuando una construcción convencional de PCB no pueda cumplir los requisitos de escape del BGA, capas, comportamiento eléctrico y ensamblaje dentro de un proceso aprobado por el proveedor. No decida basándose únicamente en el paso entre bolas: compare alternativas de enrutamiento viables con el mismo mapa de pines, las mismas restricciones de apilamiento y las mismas necesidades de verificación.

La elección afecta tanto al coste de fabricación como a las conexiones disponibles entre capas. Para más detalles, consulte coste de una PCB HDI y planificación de vías ciegas y enterradas.

Por qué el paso entre bolas no basta para decidir si se necesita HDI

El paso entre bolas de un BGA determina parte del espacio disponible para el enrutamiento, pero no describe por completo el problema de escape. Dos encapsulados con el mismo paso pueden tener distintas asignaciones de pines, rutas de enrutamiento utilizables, necesidades de alimentación y masa, y restricciones eléctricas.

Ejemplo de disposición de enrutamiento de un BGA. La imagen por sí sola no permite determinar la construcción de las vías ni el apilamiento.

Antes de seleccionar una estructura de vías, considere:

Mapa de bolas y funciones de los pines. Las bolas de señal, alimentación, masa, sin conexión y reservadas determinan qué rutas deben salir de la zona del encapsulado y por dónde pueden hacerlo.
Geometría de enrutamiento. Las almohadillas, las separaciones, los anchos de pista y cualquier estrechamiento local permitido deben ser compatibles entre sí dentro del proceso de fabricación previsto.
Funciones de las capas. Una ruta no resulta útil si exige sacrificar el plano de referencia o la distribución de alimentación que necesita el diseño.
Comportamiento eléctrico. La impedancia, los caminos de retorno, la diafonía y las transiciones mediante vías pueden limitar un escape que sería posible desde el punto de vista geométrico.
Fabricación y ensamblaje. La ubicación de las vías, la construcción de las almohadillas, la soldabilidad y la exposición térmica deben ser compatibles con los procesos propuestos.

El documento AM62Lx Escape Routing Guidelines, SPRADI2, de Texas Instruments muestra que, para un dispositivo y un patrón de pines concretos, pueden utilizarse taladros pasantes metalizados sin microvías. Es una prueba útil de que merece la pena considerar un escape convencional; no demuestra que otro BGA vaya a funcionar de la misma manera.

De forma similar, la guía de AMD UG1099 sobre el número de capas señala el encapsulado, el paso, la asignación de pines, el ancho de enrutamiento y la tecnología de fabricación como factores de entrada. Si un diseño necesita estrechar localmente las pistas, revíselo tanto con el fabricante como con el equipo de integridad de señal, en lugar de tratarlo como una opción para ahorrar espacio sin coste alguno.

Compare las alternativas de escape con un único conjunto de requisitos

Mantenga constantes el componente, el mapa de pines, los requisitos eléctricos y las hipótesis de ensamblaje mientras compara las construcciones de PCB.

Comparación hipotética

Supongamos que un equipo de diseño evalúa un BGA para una placa con un contorno limitado y varias señales que necesitan caminos de referencia definidos. El equipo aún no ha determinado si el escape requiere HDI. Prepara tres alternativas:

Alternativa convencional: taladros pasantes metalizados y enrutamiento en las capas de señal disponibles.
Alternativa HDI limitada: vías ciegas de menor recorrido donde sean necesarias para el escape, manteniendo una solución convencional en el resto.
Alternativa HDI más compleja: transiciones adicionales entre capas, que podrían incluir microvías apiladas o escalonadas, si las dos primeras alternativas no pueden cumplir los requisitos.

Son alternativas, no resultados previstos. Para cada una, registre lo siguiente:

Aspecto de revisión	Qué determinar
Enrutamiento completo	¿Pueden todas las conexiones requeridas salir del BGA y llegar a su destino sin infringir las reglas geométricas o eléctricas acordadas?
Uso de capas	¿Cuántas capas de señal se necesitan y siguen siendo utilizables las capas de alimentación y referencia previstas?
Interrupción de planos	¿Las separaciones de las vías, los antialmohadillas y las transiciones interrumpen los caminos de retorno o generan congestión no deseada?
Recorridos de las vías	¿Qué pares de capas requieren conexiones y son compatibles esos recorridos con el apilamiento y la secuencia de fabricación propuestos?
Construcción de las almohadillas	¿Hay vías en almohadillas soldables? En caso afirmativo, ¿qué requisitos de relleno, recubrimiento, acabado e inspección se aplican?
Revisión eléctrica	¿Cumplen los requisitos de diseño la impedancia, los caminos de corriente de retorno, las transiciones y los posibles estrechamientos locales?
Viabilidad y evidencias	¿Aceptará el proveedor la construcción y qué inspección o evidencias representativas de fiabilidad se necesitan?

Una vez que el proveedor haya revisado la viabilidad, elija una alternativa que cumpla los requisitos con la menor complejidad necesaria. El menor número de capas no siempre es la mejor opción: una construcción puede ahorrar capas, pero dejar interrupciones inaceptables en los planos de referencia o riesgos de ensamblaje sin resolver.

Parta del mapa de bolas para definir la arquitectura de capas

Una buena primera aproximación consiste en separar las conexiones por función. Identifique qué bolas necesitan enrutarse, cuáles se conectan a alimentación o masa y cuáles están reservadas o sujetas a otras restricciones según la documentación del dispositivo. Antes de definir un apilamiento, compruebe si existen recomendaciones de escape o colocación para el encapsulado.

A continuación, establezca un plan provisional de capas:

Asigne a las capas las funciones previstas de señal, referencia y alimentación.
Identifique dónde necesitan las señales importantes caminos de referencia continuos.
Determine las transiciones necesarias entre capas.
Examine si el escape del BGA consume espacio necesario para otros componentes, planos o rutas.
Revise la arquitectura resultante con el proveedor de fabricación.

Un apilamiento es más que un número de capas. La disposición del cobre y los dieléctricos, los materiales, los espesores, los objetivos de impedancia y los recorridos de las vías interactúan entre sí. Un cambio realizado para crear otra ruta de escape también puede modificar el entorno eléctrico o la secuencia de fabricación viable. La guía de diseño del apilamiento de PCB ofrece un punto de partida para documentar esas decisiones sobre las capas.

No espere a completar el enrutamiento para preguntar si el apilamiento puede fabricarse. Un proveedor puede proponer una construcción diferente o detectar un detalle que requiera modificar el diseño. Plantee esas cuestiones mientras aún sea viable recurrir a escapes alternativos.

Seleccione el recorrido de las vías según la conexión, no según la etiqueta

El recorrido de una vía indica a qué capas llega una conexión. Esa información es más útil en una solicitud de cotización que pedir simplemente una «placa HDI».

Taladros pasantes metalizados

Un taladro pasante metalizado conecta a través del espesor de la placa. Puede ser una opción práctica para el escape de un BGA cuando lo permiten la disposición de las almohadillas, los canales de enrutamiento, el plan de capas y los requisitos eléctricos.

Su presencia a través de todo el espesor también tiene consecuencias. Las separaciones alrededor de los taladros pasantes ocupan espacio en capas que la señal quizá no utilice, y la transición puede dejar un tramo de vía sin utilizar que sea relevante para el diseño eléctrico. Evalúe esos efectos en el contexto de la señal y el apilamiento reales; no suponga que todos los taladros pasantes son inocuos o inadecuados.

Vías ciegas y enterradas

Una vía ciega conecta una capa exterior con una capa interna. Una vía enterrada conecta capas internas sin llegar a una superficie exterior. Utilizadas adecuadamente, pueden liberar espacio en capas que de otro modo ocuparía un taladro de profundidad completa.

Esa ventaja conlleva decisiones de construcción. Los recorridos solicitados deben ajustarse a la secuencia de capas, y las distintas combinaciones de recorridos pueden afectar a la forma en que se fabrica la placa. Muestre explícitamente cada par de capas requerido. Si una alternativa depende de varias transiciones para completar una conexión, incluya el recorrido completo en lugar de enumerar los taladros por separado.

Microvías apiladas y escalonadas

Algunos escapes pueden requerir transiciones que atraviesen más de un intervalo entre capas. Según la construcción, las microvías pueden disponerse apiladas o desplazadas unas respecto de otras.

Ninguna de las dos disposiciones es una solución universal de fiabilidad. La geometría, los materiales, el proceso de fabricación y la exposición térmica son importantes. Pida al proveedor que revise la configuración real y aporte las evidencias acordadas que sean apropiadas para la aplicación. Si el diseño puede utilizar más de una disposición, compare sus efectos sobre el enrutamiento, los planos y la construcción antes de decidir.

El artículo Microvia Reliability Failure Modes, publicado por IPC, analiza mecanismos de fallo que dependen de la construcción y cupones representativos. Es un recurso útil para formular mejores preguntas, pero el artículo de 2009 no constituye por sí mismo una norma IPC obligatoria vigente.

Trate la vía en almohadilla como una decisión de fabricación y ensamblaje

Colocar una vía en una almohadilla BGA puede crear opciones de enrutamiento cuando el espacio es limitado. También cambia los requisitos de la almohadilla soldable. El diseñador, el fabricante y el ensamblador deben compartir una misma comprensión de la superficie prevista y de los procesos posteriores.

Para cada ubicación con vía en almohadilla, documente:

La geometría de la almohadilla y de la vía, incluido el recorrido entre capas.
La construcción requerida para el relleno y el recubrimiento de la vía, según lo acordado con el proveedor.
El acabado superficial y los requisitos de la almohadilla soldable.
Los criterios de inspección y aceptación de la característica terminada.
La exposición térmica de ensamblaje a la que se espera que esté sometida la PCB.

No suponga que una nota que diga «vía en almohadilla» define por completo la construcción. Del mismo modo, no especifique por costumbre un relleno o un recubrimiento sin confirmar que sea adecuado para la almohadilla, el apilamiento y el proceso de ensamblaje. La guía de planificación de vías puede ayudar a convertir esas decisiones en información de fabricación explícita.

Proteja los caminos de señal al crear espacio para el enrutamiento

Un escape puede parecer completo en una capa de enrutamiento y, al mismo tiempo, introducir un problema eléctrico en otro lugar. Revise conjuntamente la pista, su referencia, cada transición y el destino.

Preste especial atención a:

Continuidad de la referencia. Compruebe qué ocurre con el camino de retorno cuando la señal sale del encapsulado y cambia de capa.
Interrupciones de los planos. Revise las separaciones de las vías y las zonas de escape densas para detectar cortes o caminos estrechos en los planos de referencia y alimentación.
Impedancia. Indique los valores objetivo y las tolerancias requeridos para las estructuras pertinentes y compruebe si el apilamiento propuesto los permite.
Estrechamientos locales. Identifique su ubicación y geometría y, cuando sea necesario, solicite la revisión del proveedor y del equipo de integridad de señal.
Transiciones. Considere el efecto eléctrico del recorrido real por las vías y de cualquier tramo sin utilizar de un taladro pasante.
Rutas acopladas. Verifique que las señales diferenciales u otras señales acopladas puedan mantener la geometría requerida durante el escape y las transiciones.

Un cupón de impedancia o un informe TDR, si forma parte del plan de verificación acordado, debe interpretarse en relación con el apilamiento y las condiciones de ensayo definidos. No demuestra automáticamente que todas las rutas o el producto terminado cumplan sus requisitos. Consulte cómo interpretar un informe TDR de un cupón de impedancia.

Base la verificación en la construcción real

Un plano técnicamente plausible no equivale a una prueba de que una construcción concreta sea adecuada para su uso. Antes de liberar el diseño, acuerde qué se comprobará y qué evidencias se necesitan.

Para el alcance de fabricación de la PCB, pida al proveedor que confirme la viabilidad del apilamiento, los recorridos de las vías, la construcción de las almohadillas y las geometrías pertinentes propuestos. Acuerde los requisitos de inspección y aceptación de las características importantes para el diseño. Cuando se exijan evidencias de fiabilidad, pregunte hasta qué punto son representativas del apilamiento real, la construcción de las vías, los materiales y el historial térmico previsto.

El ensamblaje añade otro conjunto de condiciones. Comunique la exposición térmica prevista y los requisitos de las almohadillas soldables, y coordine los detalles de fabricación con el proceso de ensamblaje. Un resultado de inspección de fabricación por sí solo no demuestra que el ensamblaje vaya a ser satisfactorio.

La cualificación del sistema terminado es una actividad independiente. La aceptación de la PCB o del ensamblaje no demuestra por sí sola el rendimiento durante el uso previsto del producto y en su entorno. El equipo del proyecto debe definir cualquier cualificación a nivel de sistema necesaria para ese caso de uso.

Cuando las normas o los documentos del dispositivo formen parte de la aceptación, identifique el documento y la revisión aplicables en los requisitos del proyecto. No sustituya la construcción aprobada por el proveedor y la validación específica del proyecto por un supuesto límite universal de microvías, número de microvías apiladas o número de ciclos.

Prepare una solicitud de cotización que permita al proveedor evaluar el diseño

Una solicitud de cotización de HDI útil describe tanto la placa como las decisiones que siguen pendientes. Incluya lo siguiente cuando corresponda:

Información del encapsulado: identificación del dispositivo, plano del encapsulado, mapa de bolas y recomendaciones pertinentes para el dispositivo.
Datos de diseño: archivos actuales de diseño y fabricación, con las zonas críticas y las opciones de escape aún sin resolver identificadas.
Arquitectura de capas: apilamiento propuesto, funciones de las capas y requisitos de espesor de la placa y de materiales.
Información de las vías: recorridos requeridos entre capas, ubicaciones de vías en almohadilla, disposiciones apiladas o escalonadas propuestas y requisitos de relleno y recubrimiento.
Requisitos eléctricos: objetivos y tolerancias de impedancia, estructuras pertinentes y cualquier zona que requiera una revisión especial de transiciones o estrechamientos locales.
Superficie y cantidad: acabado, cantidad y otros requisitos del pedido necesarios para evaluar la fabricación.
Exposición durante el ensamblaje: historial térmico previsto durante el ensamblaje y necesidades de las almohadillas soldables.
Aceptación: documentos y revisiones aplicables, requisitos de inspección y cualquier evidencia de fiabilidad requerida para el caso de uso.

Pida al proveedor que responda con sus comentarios sobre la viabilidad, la construcción que propone, los cambios de diseño necesarios y las inspecciones y evidencias representativas que puedan acordarse para el proyecto. Si un requisito aún no está decidido, márquelo como una cuestión pendiente en lugar de dejar que el proveedor lo deduzca.

Cuando la comparación de escapes y la documentación para la solicitud de cotización estén listas, puede solicitar un presupuesto a APTPCB o ponerse en contacto con APTPCB para presentar la construcción propuesta y las cuestiones pendientes. Para obtener una visión general de esta categoría de placas, consulte PCB HDI.