Les PCB HDI et les PCB ordinaires sont conçus pour des besoins différents. Les cartes HDI utilisent des lignes fines, de petits pads et des vias avancés pour s’adapter à des circuits denses et à haute vitesse dans un espace réduit. Les circuits imprimés ordinaires utilisent des pistes plus larges et des trous simples pour un coût moindre et des vitesses modérées. Cet article donne des informations sur ces différences et choix de conception.
Présentation des circuits imprimés HDI et des circuits classiques
Les PCB à interconnexion à haute densité (HDI) sont conçus pour intégrer davantage de connexions dans une carte compacte en utilisant des pistes fines, de petits tampons et des structures de via avancées. Les PCB ordinaires utilisent des pistes plus larges, des tampons plus grands et des méthodes de perçage plus simples adaptées aux circuits de faible densité et de faible vitesse.
Structure physique et conception d’interconnexion
Stack-up et construction de couches
Empilement de PCB HDI
• Construit avec de fines couches diélectriques d’accumulation ajoutées en étapes sur un ou les deux côtés d’un noyau.
• Utilise une isolation très fine entre les couches de cuivre pour garder la colonne compacte.
• Relie uniquement les paires de couches qui en ont besoin par des vias aveugles et enfouies, et non par des trous profonds qui couvrent toute l’épaisseur.
Empilement de PCB ordinaire
• Fabriqué à partir d’un ou plusieurs noyaux revêtus de cuivre pressés ensemble avec des noyaux pré-préréglés
• La plupart des connexions de couches utilisent des trous traversants percés de haut en bas
• Utilise moins d’étapes de lamination et des couches d’isolation plus épaisses
Types via et styles d’interconnexion
PCB HDI via et styles d’interconnexion
Dans un PCB HDI, de minuscules microvias, des vias aveugles, des vias enterrées et des structures via-in-pad aident à connecter les couches de manière courte et directe. Les microvias relient les couches voisines, tandis que les vias aveugles et enfouis ne connectent que les couches dont elles ont besoin. Le via-in-pad place le via directement à l’intérieur d’un pad de composants après le remplissage et le plaquet, ce qui permet des configurations serrées et une densité de circuit plus élevée.
Circuits imprimés ordinaires via et styles d’interconnexion
Dans un PCB ordinaire, les vias sont des trous traversants percés standard qui passent de la couche supérieure à la couche inférieure. Même lorsqu’un signal n’a besoin de relier que quelques couches internes, le trou traverse souvent toute l’épaisseur de la carte. Cela rend la structure plus simple mais moins flexible que les options de via présentes dans les conceptions de PCB HDI.
Densité de routage et règles de conception
Règles de routage et de conception des PCB HDI
Dans un PCB HDI, les pistes sont plus fines et rapprochées, ce qui permet de tenir plus de connexions dans une petite zone. Les plaquet et les jeux sont plus petits, ce qui ouvre un espace supplémentaire en cuivre pour le passage entre des broches serrées. Des chemins courts de sortie à partir de puces à fort nombre de broches sont rendus possibles par via dans le pad et le routage d’échappement par microvia, permettant ainsi aux signaux de descendre rapidement vers les couches internes. En raison de cette densité de routage plus élevée, certaines cartes IDH peuvent atteindre la même fonction avec moins de couches totales.
Règles ordinaires de routage et de conception des PCB
Sur un PCB ordinaire, les pistes sont plus larges et ont plus d’espacement pour correspondre aux limites standard de perçage et de gravure. Les pads, les dégagements et les ouvertures en cuivre sont plus grands et plus faciles à traiter, ce qui simplifie la structure de la carte. Les chemins de routage sont planifiés autour de vias traversants et d’empreintes de composants plus importantes, ce qui peut nécessiter plus d’espace de carte et plus de couches pour acheminer tous les signaux à travers le PCB.
Intégrité du signal et performances à haute vitesse
À des débits élevés, le comportement électrique est fortement influencé par la longueur d’interconnexion, la continuité de l’impédance et la cohérence du passage. Les PCB HDI influencent ces facteurs par leur structure physique, ce qui conduit à des avantages électriques mesurables dans les conceptions à grande vitesse.
Des chemins d’interconnexion plus courts réduisent le délai de propagation du signal et le décalage temporel. Les microvias et les interconnexions à profondeur limitée minimisent les inutilisés via stubs, ce qui réduit les discontinuités d’impédance pouvant provoquer des réflexions. Ces effets aident à préserver la forme des bords du signal et à améliorer les marges de timing à des débits de gigabit.
Dans les circuits imprimés ordinaires, des pistes plus longues et des vias traversants à pleine profondeur introduisent une inductance et une capacité parasites supplémentaires. À mesure que la vitesse des tranchants augmente, ces parasites peuvent dégrader les ouvertures oculaires, augmenter la diaphonie et réduire la marge de bruit. Bien qu’acceptables à basse et modérée vitesse, ces effets deviennent des facteurs limitants dans les systèmes numériques à haute vitesse.
D’un point de vue électrique, les PCB HDI offrent un contrôle de l’impédance plus prévisible, une réduction de la distorsion du signal et une meilleure stabilité de la synchronisation dans les circuits à haute vitesse et à haute densité.
Comportement thermique et fiabilité
Chemins thermiques et fiabilité du PCB HDI
• Les PCB HDI peuvent diffuser la chaleur à travers des vias remplies et plaquées dans des plaques thermiques et des plans en cuivre placés près des pièces qui chauffent.
• Des chemins plus courts des pièces chaudes vers les couches internes de cuivre aident à évacuer la chaleur plus rapidement.
• Pour maintenir une fiabilité à long terme, le processus de construction de l’IDH nécessite un placage et un remplissage stables par microvia, une lamination uniforme entre les couches, ainsi qu’une marge de conception suffisante pour l’expansion et la contraction lors des variations de température.
Chemins thermiques classiques du PCB et fiabilité
• Les PCB ordinaires comportent moins d’étapes complexes, mais des couches d’isolation plus épaisses et des trous traversants complets peuvent faire s’accumuler de la chaleur à certains endroits.
• Des motifs de soulagement thermique et des surfaces supplémentaires en cuivre sont souvent ajoutés pour évacuer la chaleur des zones chaudes et réduire les contraintes sur la carte au fil du temps.
Étapes de fabrication dans un PCB HDI vs PCB ordinaire
| Étape | Fabrication de PCB HDI | Fabrication ordinaire de PCB |
|---|---|---|
| Création de couches | Un noyau est combiné à plusieurs couches fines de cuivre et de résine. | Un ou plusieurs cœurs recouverts de cuivre sont empilés avec du pré-préconcédé entre eux. |
| Via la formation | Utilise des microvias percés au laser, ainsi que des vias aveugles et enfouis entre des couches sélectionnées. | Utilise des passages à trou traversant percés mécaniquement qui traversent toute la carte. |
| Via le remplissage | Les Vias peuvent être remplies de cuivre ou de résine puis aplaties pour des configurations via dans le pad. | Les Vias sont laissés vacants dans les constructions standards. |
| Cycles de lamination | Il faut plusieurs cycles de lamination pour coller chaque couche de formation. | Utilise souvent un seul cycle principal de lamination. |
| Exigences d’inscription | Il faut un alignement très serré entre les caractéristiques fines et les petites vies. | Utilise des tolérances d’alignement standard pour les pistes et trous. |
| Inspection et tests | Plus de vérifications se concentrent sur la qualité, les décalages de couches et les étapes de montée. | Des tests électriques standards et des vérifications visuelles sont appliqués. |
Comparaison d’applications : PCB HDI vs PCB ordinaire
Domaines d’application des PCB HDI
• Les PCB HDI sont utilisés dans des appareils numériques compacts tels que les smartphones, tablettes et objets connectés.
• Ils supportent de petits dispositifs électroniques médicaux lorsque l’espace sur la carte est limité.
• Les configurations HDI sont courantes dans les systèmes d’aide à la conduite automobiles et les modules d’infodivertissement qui transportent de nombreux signaux dans un espace restreint.
• Les équipements réseau et télécoms, ainsi que les modules de calcul haute performance, utilisent souvent des PCB HDI pour gérer des connexions denses et à grande vitesse.
Domaines d’application classiques pour les PCB
• Les PCB ordinaires sont courants dans les alimentations et de nombreux types d’appareils ménagers.
• Ils sont utilisés dans les panneaux de contrôle d’éclairage et dans une large gamme de panneaux industriels d’entrée et de sortie.
• Les circuits d’amplification audio reposent souvent sur des circuits imprimés ordinaires avec des agencements simples.
• Les PCB ordinaires se retrouvent également dans les kits éducatifs et les produits de loisirs à faible coût où les fonctions de base suffisent.
Compromis entre coûts et volume
| Facteur | Circuit imprimé HDI | PCB ordinaire |
|---|---|---|
| Outillages et installation | Plus haut, car le processus nécessite des fonctionnalités plus fines et des étapes avancées. | Inférieur, basé sur l’équipement standard et les matériaux courants. |
| Coût de fabrication par carte | Plus élevé, principalement à faible et moyen volume de production. | Plus bas sur la plupart des volumes de production. |
| Économies sur le produit complet | Cela peut réduire les coûts dans d’autres parties du produit en permettant une carte plus petite et plus intégrée. | Moins d’économies en dehors du plateau lui-même à cause de la réduction de la mise en page. |
| Sensibilité au volume | Cela devient plus attractif à fort volume pour les conceptions de circuits compacts. | Cela reste économique pour des cartes simples à presque tous les volumes. |
| Objectifs de prix les mieux adaptés | Convient aux produits de gamme moyenne et haut de gamme qui peuvent supporter un coût de carte plus élevé. | Convient aux produits d’entrée de gamme et fortement axés sur les coûts. |
Choisir une carte imprimée HDI ou une carte imprimée ordinaire
Choisissez un circuit imprimé HDI lorsque :
• La surface ou l’épaisseur de la planche est strictement limitée
• Les composants utilisent des boîtiers à pas fin ou à haut nombre de broches
• Un routage à grande vitesse ou à haute densité est nécessaire
• Les marges d’intégrité du signal sont cruciales
Choisissez un circuit imprimé ordinaire lorsque :
• Un espace pour les plateaux est disponible
• Les vitesses de signal sont faibles à modérées
• Le contrôle des coûts est la priorité principale
• La simplicité de l’assemblage et de la refonte est importante
Conclusion
Les PCB HDI et classiques diffèrent par les limites de taille, la structure des couches, les vias, le routage, la qualité du signal, la répartition de la chaleur et le prix. HDI prend en charge des mises en page compactes, des pièces à pas fin et des liaisons rapides avec des traitements plus complexes. Les PCB ordinaires s’adaptent à des configurations plus simples et plus grandes à moindre coût. La liste de contrôle de conception relie la taille, les besoins en vitesse et le budget au bon type de PCB.
Foire aux questions [FAQ]
Quels matériaux utilisent les PCB HDI par rapport aux PCB ordinaires ?
Les circuits imprimés HDI utilisent des stratifiés à haute Tg ou faible perte pour une vitesse et une chaleur plus élevées. Les circuits imprimés ordinaires utilisent du FR-4 standard pour maintenir les coûts bas.
En quoi l’épaisseur du cuivre diffère-t-elle sur les PCB HDI et classiques ?
Les PCB HDI utilisent du cuivre plus fin sur des couches de routage fine pour de petites pistes. Les PCB ordinaires utilisent du cuivre plus épais, comme 1 oz ou 2 oz, pour un courant et une résistance plus élevés.
En quoi l’assemblage diffère-t-il sur les circuits imprimés HDI ?
Les circuits imprimés HDI nécessitent un contrôle strict de la pâte à souder et du reflow à cause des pièces à pas fin et du via dans le pad. Les PCB ordinaires sont plus simples à assembler avec des pastilles et des pièces plus grandes.
Le rework est-il plus difficile sur les PCB HDI ?
Oui. Les pads, traces et microvias HDI sont petits et faciles à endommager lors d’un retravail. Les PCB ordinaires sont plus faciles à réparer car leurs caractéristiques sont plus grandes et plus solides.
Quelles données sont nécessaires pour commander un PCB HDI ?
Les données des PCB HDI doivent inclure un empilement détaillé, aveugle et enterré via des paires de couches, des tailles de microvia et des cibles d’impédance. Les PCB ordinaires n’ont besoin que d’un empilement basique et de limes de forage standards.
En quoi les tests de fiabilité diffèrent-ils pour les circuits imprimés HDI ?
Les PCB HDI ajoutent des tests de résistance aux microvias, tels que les coupes transversales et le cycle thermique sur les coupons. Les PCB ordinaires utilisent principalement des tests électriques standards et quelques coupes transversales de base.
