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Estudo de Caso: Placa de Computação ADAS HDI de 6 Camadas
A PS Electronics fabricou uma placa HDI de 6 camadas para um dispositivo de computação ADAS de código aberto — conectando um BGA Qualcomm Snapdragon 845 por meio de microvias perfuradas a laser e estruturas via-in-pad em FR4 de alto Tg com acabamento ENIG. A produção piloto de 1.000 unidades alcançou um rendimento de 98,51 TP3T sob um protocolo de inspeção de quatro métodos (AOI, Raio-X, teste elétrico, sonda voadora), e o programa transitou para uma produção mensal estável de 2.500 placas.
Agora, analisemos o projeto e como a PS Electronics ajudou o cliente a solucionar os problemas de fabricação.
Contexto do Projeto
Perfil do Cliente
Uma empresa de software de direção autônoma de código aberto, fundada em 2016 nos EUA. Sua plataforma de assistência ao motorista suporta centenas de modelos de veículos em todo o mundo — visão puramente baseada em câmera, sem LiDAR, sem radar. A empresa desenvolve tanto o conjunto de software quanto o hardware de computação montado no para-brisa que o executa.
- Três câmeras automotivas – duas voltadas para a frente (grande angular + teleobjetiva), uma câmera infravermelha para monitoramento do motorista
- Qualcomm Snapdragon 845 SoC — octa-core Kryo 385 de 2.8 GHz, GPU Adreno 630, Engine de IA de 3ª geração para previsão de trajetória em tempo real
- GPS/IMU, modem LTE, Bluetooth 5.0, expansão USB-C
- Samsung SSD (250 GB) para registro de dados local
O dispositivo é montado diretamente no para-brisa. As temperaturas da cabine sob sol direto atingem regularmente 85 °C e picos mais altos. Usuários em climas quentes documentaram estrangulamento térmico e degradação do hardware devido ao calor sustentado.
Especificações do Projeto
Aqui estão as informações da consulta de PCB que o cliente nos enviou:
| Item | Detalhe |
|---|---|
| Produto | Placa de computação HDI de 6 camadas para dispositivo de assistência à direção de código aberto |
| Sistema em um Chip | Qualcomm Snapdragon 845, 12,4 mm × 12,4 mm BGA |
| Material | FR4 de Alto Tg (IPC-4101/126), acabamento ENIG (IPC-4552B) |
| Volume Mensal | 2.500 pranchas |
| Restrição Chave | Fabricação de HDI em volume médio com confiabilidade térmica automotiva |
Onde o Projeto se Tornou Difícil
A perfuração a laser era obrigatória
O Snapdragon 845 está em um pacote BGA moldado embarcado de 12,4 mm × 12,4 mm. Nesse passo, o roteamento "dog-bone" da camada superficial é geometricamente impossível — não há espaço suficiente entre os pads para escapar dos sinais usando furos passantes plaquedos convencionais.
Isso requer uma construção de alta densidade: microvias perfuradas a laser (furo de acabamento ≤150 μm, conforme IPC-2226), via-in-pad com sobreposição (VIPPO) para direcionar sinais diretamente dos pads BGA para camadas internas e laminação sequencial para construir camadas de microvias sobre o núcleo.
Sem perfuração a laser UV/CO2, sem o "via-plugging" a vácuo para VIPPO, e sem o ambiente controlado exigido pela laminação sequencial — esta placa não é fabricada.
Desafio de Custo de Volume Médio
Grande demais para casas de protótipo de rápida implantação. Custos por unidade com preços de protótipo tornam 2.500 unidades financeiramente inviáveis. Oficinas de protótipo carecem de aquisição de material em volume para manter os custos de laminados HDI razoáveis.
Pequeno demais para a atenção de EMS de Nível 1. Fabricantes contratados de grande porte otimizam para lotes de 50.000+. Um programa HDI de 2.500 unidades aciona penalidades de MOQ, é desprioritizado durante as temporadas de pico e sofre com prazos de entrega longos.
Complexo demais para fábricas de PCB convencionais. As instalações multifolheadas padrão não dispõem de equipamentos de perfuração a laser ou laminação sequencial. Enviar este trabalho para uma fábrica sem as capacidades correspondentes pode resultar em sub-processos terceirizados, responsabilidade dividida e problemas de rendimento.
Como a PS Electronics Gerenciou o Projeto
Fabricação de HDI
A pilha de 6 camadas utiliza laminado FR4 de alta Tg (IPC-4101/126, Tg 170–200 °C) com acabamento superficial ENIG conforme IPC-4552B. Microvias são perfuradas a laser com diâmetro ≤150 μm e uma relação de aspecto mantida em 0,75:1 — mais restrita que o máximo de 1:1 do IPC-2226 — para garantir deposição de cobre uniforme durante a eletrodeposição. Estruturas de via em pad permitem que os sinais BGA escapem diretamente para as camadas de roteamento internas.
A PS Electronics fabrica PCBs rígidos de 1 a 40 camadas com trilha e espaço de 2 mil/2 mil (50 μm). O escape routing do Snapdragon 845 está dentro do padrão de capacidade de produção, não no limite do que a fábrica pode fazer.
Revisão DFM
A equipe de engenharia realizou uma revisão de manufaturabilidade antes de orçar. O pacote Gerber foi aprovado sem problemas — o layout do cliente estava pronto para HDI desde o início. A confirmação de DFM cobriu a geometria do pad BGA, o posicionamento de microvias em relação às zonas térmicas, o balanceamento de cobre entre as camadas e a utilização do painel.
Caminho Piloto-para-Produção
O programa seguiu uma implementação gradual: um piloto de 1.000 unidades para validação do processo, seguido por precificação escalonada em 5.000 / 10.000 / 15.000 unidades. Uma startup com 30 funcionários não deseja comprometer um investimento de seis dígitos em produção antes de obter dados de rendimento. Este modelo oferece esses dados primeiro.
Decisões de Material e Empilhamento
Três decisões de material importam aqui — cada uma ligada às realidades de um painel que vive no para-brisa de um carro.
ENIG para Planaridade de BGA
O HASL deixa depósitos de solda em formato de cúpula. Coloque um BGA rígido de 12,4 mm sobre pads HASL irregulares e você terá circuitos abertos e pontes durante a refusão. O ENIG proporciona planicidade depositada quimicamente.
Mas o ENIG possui seu próprio modo de falha: a síndrome do pad preto. Química agressiva do banho de ouro hipercorrói a barreira de níquel, deixando uma camada quebradiça e rica em fósforo por baixo que se fratura invisivelmente sob ciclos térmicos. O IPC-4552B controla isso — níquel em 3,0–6,0 μm, ouro em 0,05–0,125 μm, com teor de fósforo médio rigidamente gerenciado.
FR4 de Alta Tg Mantém Microvias Ativas
Abaixo de Tg, o FR4 possui um CTE no eixo Z de 50–70 ppm/°C. Acima de Tg, esse valor salta para 250–300 ppm/°C. Os barris de via de cobre expandem a ~17 ppm/°C.
Assim, quando uma placa FR4 padrão (Tg 130–140 °C) atinge 260 °C durante a soldagem por refluxo sem chumbo — ou permanece a mais de 85 °C em um painel de carro no Texas por anos —, a resina se expande verticalmente de 12 a 15 vezes mais rápido que o barril de cobre. O barril racha. O laminado de alto Tg (Tg 170–200 °C, conforme IPC-4101/126) eleva esse limite de falha bem acima das temperaturas de operação e de refluxo.
VIPPO Desbloqueia o Roteamento
O Snapdragon 845 BGA acomoda centenas de pinos em uma área de 12,4 mm x 12,4 mm. O VIPPO posiciona microvias diretamente dentro das pastilhas BGA – preenchidas com epóxi, planarizadas e revestidas. Os sinais caem imediatamente para as camadas internas, contornando o congestionamento da superfície que, de outra forma, forçaria o projeto para 8+ camadas ou uma placa maior.
Resultados da Execução Piloto
A primeira etapa foi um piloto de 1.000 unidades:
| Métrica | Resultado |
|---|---|
| Entregue de fato | 1.060 pranchas |
| Rendimento da primeira passagem | 98.5% |
| Métodos de inspeção | AOI + Raio-X + teste elétrico + sonda voadora |
| Entrega | 3 semanas a partir da confirmação do pedido |
| Aceitação do cliente | Qualidade da aparência aprovada; testes funcionais internos em andamento |
Raio-X é indispensável em placas BGA. As juntas de solda sob um encapsulamento BGA não podem ser vistas — vazios, pontes e defeitos "head-in-pillow" são invisíveis à inspeção óptica. E a sonda voadora valida a conectividade da rede sem uma gabarito de teste customizado — a 2.500 unidades/mês, não é possível justificar o custo de ferramental do gabarito que faz sentido para 50.000+.
Inspeção e Controle de Qualidade
Nada sai da linha sem passar por três barreiras de segurança — e nas placas HDI, cada barreira de segurança possui dentes.
- Controle de Qualidade de Entrada: O laminado de alta Tg obtém a certificação Tg em ≥170 °C antes de entrar na prensa. A espessura de níquel/ouro ENIG é verificada de acordo com a IPC-4552B. A resistência de adesão da folha de cobre é verificada. Se o material estiver fora de especificação, ele não entra na linha.
- Controle de Qualidade em Processo: Profundidade e diâmetro do perfuramento a laser, registro de laminação sequencial, integridade do preenchimento VIPPO, uniformidade de galvanoplastia — tudo monitorado em tempo real. Um desvio aciona uma retenção automática do lote.
- Controle de Qualidade de Saída AOI 100%, raio-X em todas as posições de BGA, teste elétrico, teste de continuidade da rede com sonda móvel. Sem amostragem. Todas as placas passam por todos os quatro métodos de teste.
Para um dispositivo instalado em um veículo em movimento, uma falha em campo custa mais do que um ano de inspeção 100%. A conta não é complicada.
Considerações Finais
O projeto-piloto validou toda a cadeia — aquisição de laminados HDI, laminação sequencial, perfuração a laser, revestimento ENIG e inspeção em quatro etapas. Rendimento na primeira passagem de 98,5% em 1.000 placas. O cliente aprovou a qualidade estética. O programa passou a ter uma produção de 2.500 unidades por mês.
A rampa escalonada — primeiro o piloto, depois a precificação — permitiu que uma startup de 30 pessoas visse dados reais de rendimento antes de comprometer capital de produção. E o throughput da PS Electronics significa que a produção mensal de 2.500 unidades nunca compete por tempo de linha durante a alta temporada.
Para desafiador Projetos de PCBs HDI Desta forma, PCBCool Atua como a marca digital online da PS Electronics, auxiliando os clientes no acesso a revisões de engenharia, fabricação certificada e suporte de produção multi-site para produção estável.
Perguntas Frequentes
Quando o BGA principal, a memória ou a interface de alta densidade não podem ser roteados de forma limpa com furos passantes convencionais. Se o roteamento de escape começar a exigir camadas extras, tamanho de placa maior ou geometria de trilha arriscada, o HDI deve ser revisado precocemente.
O maior risco não é construir a primeira placa. É manter o processo estável após a execução piloto, especialmente quando a perfuração a laser, VIPPO, galvanoplastia ENIG e inspeção BGA afetam o rendimento.
Para placas HDI, o preço depende fortemente da stackup, da estrutura de microvias, do acabamento da superfície, da utilização do painel e dos requisitos de inspeção. Uma cotação sem uma revisão DFM pode não abranger os riscos reais de fabricação.
A geometria do pad BGA, roteamento de escape, posicionamento de microvia, preenchimento de via-in-pad, folga da máscara de solda, equilíbrio de cobre e estratégia de inspeção por raio-X devem ser revisados antes da produção.
O teste piloto confirmou se toda a cadeia de fabricação poderia suportar o projeto, e não apenas se uma amostra poderia ser produzida. Ele forneceu ao cliente dados reais de rendimento e entrega antes de se comprometer com a produção mensal.
O rendimento de primeira passagem demonstra a estabilidade do processo antes de retrabalho ou correção. Para placas HDI com juntas BGA ocultas e estruturas de microvias, é um dos indicadores mais úteis antes do escalonamento da produção.
Este volume é frequentemente muito grande para precificação de protótipos, mas muito pequeno para prioridade de EMS de Nível 1. O fornecedor certo precisa tanto da capacidade do processo HDI quanto de flexibilidade de produção suficiente para suportar montagens em volumes médios.
O Via-in-pad torna-se necessário quando não há espaço de roteamento de superfície suficiente para escapar os sinais do campo de pads do BGA. Nessa situação, o VIPPO é parte da estratégia de roteamento manufaturável, não apenas uma preferência de layout.
Andy é um profissional experiente na indústria de placas de circuito impresso (PCBs), com décadas de experiência em fabricação, montagem e suporte ao cliente de PCBs. Na PCBCool, ele lidera a equipe de marketing e auxilia na transformação de experiências práticas de projetos em conteúdo técnico útil para engenheiros, compradores e desenvolvedores de produtos.
