Considérations essentielles pour le layout HDI PCB : maîtriser les aspects clés de conception

Le layout HDI PCB n'est pas facile, compte tenu des nombreux facteurs à considérer couplés à la complexité du processus de conception lui-même. Ce niveau de difficulté monte de plusieurs crans quand vous le voulez personnalisé pour vos spécifications. Votre meilleur pari est de trouver le bon fabricant pour fabriquer un HDI PCB parfaitement adapté à vos besoins business.

Cela dit, vous devez aussi connaître les aspects spécifiques de la conception pour voir les aspects de personnalisation, et en fonction, choisir le bon fabricant pour réaliser ce design personnalisé.

Rapport d'ouverture (Aperture Ratio)

L'une des premières choses à considérer dans un design de trou est le rapport d'ouverture. Si vous prévoyez d'utiliser le perçage mécanique traditionnel, l'ouverture de votre trou ne doit pas dépasser 0,15 mm, et le rapport épaisseur de circuit / ouverture doit être de 8:1. Vous pouvez aller jusqu'à 12:1 dans des circonstances particulières, mais il est préférable de rester au 8:1 habituel.

En perçage laser, l'ouverture du trou doit être de 3 à 6 millièmes de pouce (mils), bien que 4 soit l'idéal. Aussi, la profondeur de trou / ouverture doit être en ratio 1:1.

Il est important de noter que la taille de l'ouverture diminue pendant le processus de placage quand l'épaisseur du circuit augmente car il est difficile pour la solution chimique de pénétrer à travers des circuits très épais. Aussi, quand la tension augmente, les défauts deviennent plus visibles, entraînant un échec complet du circuit.

Pour éviter ces problèmes, assurez-vous que l'entreprise de conception PCB choisie connaît ces ratios et techniques. Sinon, vous finirez avec un taux de rebut élevé et potentiellement un échec de fabrication.

Types d'empilement (Stack-up) HDI PCB

La base de classification de l'empilement HDI PCB est l'ordre des couches avec trous aveugles. Examinons quelques catégories populaires.

2.1 1-HDI

Dans cette catégorie, la structure des trous enterrés et aveugles est dans cet ordre :

• 1-2 est un trou aveugle
• 6-5 est un trou aveugle
• 2-5 est un trou enterré

2.2 2-HDI non empilé (Non-stacked)

La structure d'un 2-HDI non empilé est :

• 1-2 est un trou aveugle non empilé
• 2-3 est un trou aveugle non empilé
• 8-7 est un trou aveugle non empilé
• 7-6 est un trou aveugle non empilé
• 3-6 est un trou enterré

2.3 2-HDI empilé (Stacked)

Voici à quoi ressemble un 2-HDI empilé :

• 1-2 est un trou aveugle empilé
• 2-3 est un trou aveugle empilé
• 8-7 est un trou aveugle empilé
• 7-6 est un trou aveugle empilé
• 3-6 est un trou enterré

2.4 2-HDI empilé et rempli de résine

Dans cet exemple, l'ordre des couches est :

• 1-2 est un trou aveugle empilé
• 2-3 est un trou aveugle empilé et rempli de résine
• 8-7 est un trou aveugle empilé
• 7-6 est un trou aveugle empilé et rempli de résine
• 3-6 est un trou enterré

Ces exemples montrent le besoin pour les concepteurs de considérer le bon design asymétrique pour assurer que la distribution des trous enterrés et aveugles maximise le rendement du circuit. S'il n'y a pas d'uniformité dans la structure de ces trous, cela peut mener à des contraintes et à la formation de gauchissement unilatéral, diminuant finalement le rendement du circuit.

Flux de processus de conception HDI-PCB

Le flux de processus est essentiel pour toute conception, et un HDI-PCB en particulier. Il y a une façon spécifique de percer les trous pour assurer la stabilité et un bon rendement, et vous devez trouver des fabricants connaissant le processus exact pour la conception.

Prenons l'exemple de deux types d'empilement pour comprendre le flux de processus et son importance globale.

3.1 HDI 4 couches avec un empilement

En général, le flux de processus pour un HDI 4 couches est relativement similaire à celui d'un PCB ordinaire. La seule différence vient de la séquence de perçage des trous. Les concepteurs et ingénieurs doivent commencer par les trous enterrés des couches 2-3, suivis du perçage mécanique des couches 1-4, et enfin, les trous aveugles 1-2 et 4-3.

Si ce processus n'est pas suivi, cela peut causer d'extrêmes problèmes de fabrication, augmentant les coûts de rebut et de production.

3.2 HDI 6 couches avec deux empilements

Dans ce cas, le processus commence par le perçage des trous enterrés en couches 3-4 suivi de 2-5, trous aveugles sur 2-3 et 5-4, trous sur 1-6, et enfin, perçage des trous aveugles 1-2 et 6-5.

Malgré un tel processus rigoureux, le HDI 6 couches avec deux empilements n'est pas recommandé sauf pour les produits avancés. Le taux de rebut sera élevé, et les erreurs de contrepoint accumulées ne peuvent être éliminées.

Layout des composants HDI-PCB

Un autre aspect essentiel lors de la conception de circuits HDI-PCB est le layout des composants. L'espacement entre composants a un gros impact sur la soudabilité et la maintenabilité des circuits.

Idéalement, le fabricant choisi devrait adhérer aux espacements suivants pour éviter les problèmes lors de l'installation :

• Les SOP ordinaires et PIN d'autres composants doivent avoir une distance minimale de 0,4 mm entre chacun.
• Les BGA et PIN d'autres composants doivent être à distance minimale de 0,8 mm.
• Un PIN dans les composants ordinaires peut avoir un espacement d'environ 0,2 mm.
• Les parties RF, analogiques et numériques doivent être séparées en termes d'espace. Il doit y avoir un fort espacement entre elles, qu'elles soient sur la même face ou non.
• Les signaux haute puissance doivent être loin des autres signaux.

Ce sont des spécifications minimales, et le fabricant devrait s'efforcer de donner le plus d'espace possible pour faciliter la soudure, l'assemblage et toute retouche si nécessaire.

Comme vous voyez, le layout a une incidence significative sur la conception et la performance finale de votre circuit.

Routage (Tracking)

Un fabricant fiable doit considérer de nombreux aspects dans le routage pour assurer que le design final est stable et selon vos besoins et attentes.

Certains de ces aspects sont :

• Les composants sur les couches supérieures et inférieures doivent avoir une bonne isolation.
• Le crosstalk mutuel entre signaux des couches internes doit être minimal.
• Pour les signaux RF et zones analogiques, assurez-vous qu'il y a un bon chemin de reflux autour de chaque signal.
• Traitez les signaux nécessaires avec niveaux d'impédance élevés en priorité supérieure aux autres signaux.

Suivre ces considérations de routage est nécessaire pour éviter courts-circuits, circuits ouverts, absorption faible, et autres problèmes fléau d'un mauvais design.

HDI PCB Layout – Taille des pastilles (Pad Size)

La taille des pastilles a une grande incidence sur le résultat du design, surtout en taille et poids. Elle peut aussi réduire la taille globale du produit électronique si c'est un objectif de conception.

Voici quelques tailles de pastilles idéales, bien que la personnalisation soit possible selon exigences spécifiques :

• La taille de pastille doit être de 3 mils au-dessus de la taille de perçage pour Via Aveugle et 10 mils pour Via Enterré et Trou Traversant, respectivement.
• Option avancée : 6 mils au-dessus pour Via Aveugle et 14 mils pour Via Enterré et Trou Traversant.
• Pour circuits standards : 8 mils au-dessus pour Via Aveugle et 20 mils pour Via Enterré et Trou Traversant.

HDI PCB Layout – Matériaux

Le PCB contient quatre couches, toutes thermolaminées en une seule. Les matériaux du haut vers le bas : Sérigraphie, masque de soudure, cuivre, et substrat. Le substrat est de la fibre de verre, souvent appelé FR4 (ignifuge). L'épaisseur de cette couche varie selon les exigences et le dispositif.

Il y a de nombreuses sous-catégories dans chacune des quatre couches selon vos besoins.

Bien que ce soient les standards, des circuits en matériaux moins chers existent. Mais ils ne durent pas longtemps et perdent leur lamination rapidement selon le matériau. Vous pouvez même identifier ces matériaux bon marché par l'odeur qu'ils dégagent pendant la soudure.

Il vous incombe de trouver un fabricant utilisant les meilleurs matériaux pour vos exigences.

Conclusion HDI PCB Layout

Nous espérons que cette information vous donne une idée générale des aspects à considérer lors de la conception d'un HDI PCB. Si vous prévoyez de trouver un fabricant pour ce travail, assurez-vous que l'entreprise comprend ces aspects en profondeur et a l'expérience et la compétence pour créer le bon circuit pour vos besoins.

Le bon fabricant connaîtra ces choses par cœur et ne s'attendra pas à ce que vous fournissiez ces considérations spéciales.