Les circuits imprimés, ou PCB, sont en quelque sorte le cerveau de l'électronique. Ils relient entièrement toutes les pièces entre elles pour assurer un fonctionnement sans heurts. Au fil des ans, ces circuits imprimés se sont progressivement miniaturisés.
Qu'est-ce qui a conduit à cela ? Comme vous le savez, notre monde moderne a besoin d'appareils plus petits, plus rapides et plus puissants. Cela a raisonnablement conduit au développement de la conception de circuits imprimés HDI.
Cet article met en évidence certains paramètres critiques pris en compte dans la conception des circuits imprimés HDI. Si vous les comprenez correctement, vous pourrez améliorer votre conception.
Lorsque vous travaillez avec un fabricant de circuits imprimés HDI, vous pouvez également fabriquer des produits électroniques fiables et de haute qualité. Chez UETPCB, nous veillons toujours à ce que nos circuits imprimés soient fabriqués selon les normes de qualité les plus strictes.
I. Vue d'ensemble des circuits imprimés HDI et de leur importance dans l'électronique moderne
HDI signifie High-Density Interconnect (interconnexion à haute densité). Comme leur nom l'indique, ces circuits imprimés offrent généralement une plus grande densité de câblage par unité de surface.
De ce fait, vous pouvez parfaitement traiter plus de composants sur une carte plus petite.
Pour fabriquer des circuits imprimés HDI, il faut des lignes et des espaces plus fins, des vias plus petits et une plus grande densité de pastilles de connexion.
Les caractéristiques essentielles des circuits imprimés HDI par rapport aux circuits imprimés traditionnels sont les suivantes :
| Caractéristiques | PCB HDI | PCB traditionnel |
| Micro-vias | Très petit | Plus grand |
| Densité | Densité de composants plus élevée | Densité de composants plus faible |
| Complexité | Permet des conceptions compactes et complexes | Convient aux conceptions moins complexes |
| Empilement de couches | Couches multiples | Moins de couches |
| Rapport d'aspect | Ratio d'aspect plus élevé | Ratio d'aspect plus faible |
| Matériaux | Matériaux à grande vitesse | FR4 comme matériau standard |
| Coût | Coût initial plus élevé | Coût initial moins élevé |
Comparés aux circuits imprimés traditionnels, les circuits imprimés HDI offrent des avantages uniques. Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessus, les circuits imprimés traditionnels utilisent des vias plus larges et des lignes plus épaisses.
C'est pourquoi ces circuits imprimés offrent une densité de câblage plus faible. En outre, ils ne conviennent qu'aux conceptions simples.
Cependant, les circuits imprimés HDI sont idéaux pour les conceptions compactes et complexes. Examinons leurs avantages dans les applications à haute densité.
- La conception des circuits imprimés HDI permet d'intégrer plus de composants sur une carte plus petite. C'est pourquoi vous pouvez utiliser des appareils électroniques miniatures.
- Les appareils mobiles en sont le meilleur exemple. C'est comme si vous aviez un ordinateur dans la paume de votre main. En outre, les montres intelligentes, les écouteurs ANC, les tondeuses, les capteurs, etc. sont dignes d'intérêt.
- Des chemins de signaux plus courts réduisent la latence et améliorent la vitesse.
- Meilleure gestion thermique et consommation d'énergie réduite
II. Lignes directrices pour la conception des circuits imprimés HDI : Meilleures pratiques
Assez d'intro ! Venons-en au sujet principal.
Différents paramètres sont utilisés pour garantir le meilleur résultat dans la conception de circuits imprimés HDI. Ces paramètres permettent de garantir une conception complexe avec des performances optimales.
Vous devez donc respecter ces paramètres lors de la conception d'un circuit imprimé HDI. En suivant nos lignes directrices, vous pourrez également résoudre divers problèmes liés aux circuits imprimés.
1. Considérations relatives à la présentation
Les circuits imprimés HDI peuvent avoir différents types d'agencement. Dans le monde moderne, comme vous le savez, les gens aiment utiliser des gadgets électroniques compacts. C'est la raison pour laquelle vous pouvez trouver de nombreux circuits imprimés avec différents types d'agencement.
Chaque type améliore la vitesse et le nombre de connexions.
Les fabricants de circuits imprimés HDI, comme UETPCB, utilisent généralement ces dispositions pour réduire l'espace sur les circuits imprimés. Ces dispositions améliorent également les fonctions du circuit et réduisent la chaleur.
Construction séquentielle densifie généralement la carte couche par couche. Cette approche est particulièrement utile pour la conception de circuits imprimés HDI.
Vias empilés Il s'agit d'un perçage nécessaire à travers plusieurs couches de circuits imprimés. L'objectif principal de ce perçage est de créer des connexions verticales.
Dans la conception de circuits imprimés HDI, vous constaterez que ces vias créent des connexions solides entre les couches de la conception de circuits imprimés HDI.
Micro-vias sont extrêmement petites sur les circuits imprimés HDI. Ils ont généralement un rapport d'aspect de 1:1 et une profondeur de 0,01″ ou pouces, ce qui les rend parfaits pour les circuits imprimés compacts.
2. Considérations sur les matériaux
Le choix d'un matériau approprié pour votre circuit imprimé HDI est toujours délicat. Cependant, cela devient facile lorsque vous suivez les étapes appropriées.
Quelques facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection des matériaux appropriés pour les circuits imprimés. Peut-il supporter la chaleur de fonctionnement ? Préserve-t-il la pureté du signal ? Est-il suffisamment durable ? Essayez de répondre à toutes ces questions.
Exigences en matière de fonctionnement et de performance
La première étape de la sélection des matériaux consiste à déterminer les besoins en termes de performances. Dans ce cas, il faut connaître la fréquence de fonctionnement et la perte de signal.
La fréquence de fonctionnement est la fréquence à laquelle un appareil fonctionne. La fréquence peut être mesurée en différentes unités : hertz (Hz), gigahertz (GHz) ou gigaoctets par seconde (Gbps). Elle indique généralement la facilité avec laquelle un signal oscille ou effectue des cycles au sein du système.
D'autre part, la perte de signal est la réduction de la force du signal lorsqu'il voyage à travers un support dans un circuit. Elle est généralement mesurée en décibels (dB).
La constante diélectrique Dk et la perte de tangente Df sont des facteurs cruciaux à prendre en compte.
Il faut donc choisir un matériau avec un Df faible et un Dk stable. En effet, ces deux paramètres assurent la performance optimale du circuit. Le bon choix garantit une perte de signal minimale.
| Vitesse du circuit | Matériaux recommandés |
| Vitesse normale | FR370HR, le Nelco N7000-2HTet l'EM-827 ou l'EM-370 |
| Vitesse modérée | FR408HR |
| Vitesse élevée | Megtrone6, EM-528 et I-Tera MT40 |
Propriétés des matériaux (thermiques, électriques, mécaniques, chimiques et manufacturables)
Ensuite, évaluez les propriétés thermiques du matériau. Dans ce cas, vérifiez la température maximale admissible.
N'oubliez pas que la température de travail augmente avec la densité.
Température de fonctionnement µ Densité du composant
Les propriétés électriques sont également cruciales dans la conception des circuits imprimés HDI. Des valeurs stables de Dk et de faible Df sont essentielles pour maintenir l'intégrité du signal à des vitesses élevées.
Ses qualités mécaniques lui permettent de supporter les contraintes liées à la fabrication de circuits imprimés HDI.
Dans ce cas, vous pouvez prendre en compte la résistance à la flexion et à la traction.
Un autre facteur critique est la facilité de fabrication.
Le matériau choisi doit être compatible avec les processus de fabrication standard. Le matériau est-il rentable ? Ou est-il facilement disponible ?
Rapport d'aspect
Lors de la fabrication d'un circuit imprimé HDI, le rapport d'aspect est généralement le rapport entre le diamètre du via et l'épaisseur du matériau du circuit imprimé.
La largeur du matériau affecte techniquement le rapport d'aspect. Elle influe également sur l'efficacité du système électrique et sur la facilité de créer des lignes de signalisation.
3. Via Design
Les vias jouent généralement un rôle crucial dans les règles de conception des circuits imprimés. Il s'agit de minuscules trous qui relient les différentes couches de la carte.
Ils permettent également d'installer divers composants sur le circuit imprimé. Il existe quatre types de vias différents :
PTH (Plated Through-Hole Vias) ou trous de passage plaquésLe câble d'alimentation, qui traverse l'ensemble du circuit imprimé, relie généralement les couches de haut en bas. Il relie généralement les couches de haut en bas.
La profondeur du PTH correspond en fait à l'épaisseur du circuit imprimé.
Micro-viassont de minuscules vias utilisés dans les conceptions d'interconnexion à haute densité.
Ils offrent généralement une meilleure flexibilité de routage. On les trouve souvent sur les circuits imprimés HDI.
Vias aveugles relient la couche extérieure à une ou plusieurs couches intérieures. Il ne pénètre pas l'ensemble du panneau.
Enfin, le vias enterrés relient les couches internes. Elles n'atteignent généralement pas les couches extérieures.
Placer les vias au bon endroit est l'une des parties cruciales de la conception d'un circuit imprimé HDI.
Il détermine techniquement l'acheminement efficace et les meilleures performances. Par conséquent, vous pouvez prendre en compte la qualité du signal, la facilité de fabrication et le coût.
Rapport d'aspect pour les vias
Le rapport d'aspect des vias est le rapport entre leur profondeur et leur diamètre. Les fabricants de circuits imprimés HDI, comme UETPCB, utilisent toujours des rapports standard pour chaque circuit.
Toutefois, un rapport d'aspect plus élevé signifie que le trou est plus profond par rapport à sa largeur. Pour les micro-vias, un rapport d'aspect typique est de 1:1 ou moins. Selon les experts, un rapport de 0,75:1 convient généralement à la métallisation.
Le rapport d'aspect des vias enterrés est généralement compris entre 1:1 et 6:1, tandis que celui des vias aveugles peut varier de 1:1 à 1:4.
Notez que le rapport d'aspect correct garantit toujours un placage et un perçage adéquats.
4. Largeur et espacement des traces
La largeur des traces d'un circuit imprimé indique la largeur des chemins conducteurs. D'autre part, l'espacement est la distance entre ces traces.
Ces deux éléments sont importants pour la pureté et la fiabilité du signal.
La largeur minimale de la trace est déterminée par la puissance qu'elle peut transporter et la qualité de sa fabrication.
Des résistances plus faibles signifient généralement que le courant circule plus librement à travers des traces plus larges.
La formule générale de calcul de la largeur de la trace est la suivante :
Selon IPC-2221, 【k b c】 = 【0,024 0,44 0,725】 pour les couches internes et 【k b c】 = 【0,048 0,44 0,725】 pour les couches externes.
Par exemple, selon la norme IPC-2221, il existe trois classes de produits électroniques. Les circuits imprimés des classes 2 et 3 doivent présenter un espacement des traces de 0,25 mm ou 10 millimètres pour la basse tension et de 0,5 mm ou 20 millimètres pour la haute tension.
La largeur et l'espacement exacts des lignes dépendent de vos besoins. Vous devez donc connaître les besoins de votre projet, la façon dont il sera utilisé et la vitesse à laquelle votre appareil le traitera.
5. Considérations sur l'empilement des couches HDI
Dans la conception des circuits imprimés HDI, l'empilement des couches est très important. Il s'agit de la manière dont les couches électriques et isolantes sont disposées et séquencées sur le circuit imprimé.
Cette configuration est cruciale pour déterminer si le signal fonctionne bien.
Un empilement de couches standard se compose de quatre parties différentes. La couche de base du circuit imprimé est appelée couche centrale.
Les pré-imprégnés sont des morceaux de tissu de fibre de verre déjà recouverts de résine. Les couches de cuivre conduisent l'électricité. Enfin, divers types de vias relient les différentes couches du circuit imprimé.
Types d'empilements de couches HDI
Il existe trois grands types d'empilement de couches HDI. Le TYPE I est le plus simple, avec un rapport d'aspect inférieur à 10.
Il comprend une couche de micro-vias de part et d'autre de l'âme. Ce type est utilisé avec les vias traversants et les microvias, mais pas avec les vias enterrés. Le type I convient aux conceptions de complexité faible à moyenne.
L'empilement HDI de TYPE II utilise des PTH, des micro-vias et des vias enterrés. Les vias enterrés relient les couches internes, tandis que les micro-vias relient les couches externes.
Cette configuration permet des interconnexions plus denses. Le TYPE II est idéal pour les systèmes électroniques plus complexes et offre de meilleures performances électriques.
L'empilement HDI de TYPE III est la configuration la plus avancée. Il comprend généralement plusieurs couches de micro-vias, de vias enterrés et de vias traversants.
Pour information : vous pouvez utiliser l'empilement de couches TYPE III pour obtenir la densité d'interconnexion la plus élevée.
6. Laminage séquentiel
La stratification séquentielle est un processus essentiel dans la fabrication des circuits imprimés HDI. Il permet de construire le circuit imprimé HDI en plusieurs étapes, chacune impliquant la superposition de matériaux et leur durcissement une étape à la fois.
Cette méthode permet de créer progressivement des structures complexes. Dans chaque couche, des micro-vias, des vias aveugles et des vias enterrés sont régulièrement ajoutés.
Pourquoi le laminage séquentiel est-il nécessaire pour la technologie HDI ? Tout d'abord, elle offre plus de circuits par pouce carré/mm pour travailler avec plus de pièces que les circuits imprimés ordinaires.
Deuxièmement, il assure un meilleur acheminement du signal, ce qui rend l'appareil plus fiable.
Dans le cadre de la conception de circuits imprimés HDI, il convient de planifier soigneusement cette méthode afin de garantir la qualité du produit final.
7. Contrôle de l'impédance de la carte de circuit imprimé HDI
Si vous savez comment fonctionne l'électricité, vous savez peut-être ce qu'est la résistance. Des situations similaires peuvent se produire dans les circuits imprimés ; c'est ce qu'on appelle l'impédance.
La définition indique que la résistance d'un circuit imprimé au flux de courant alternatif dans un circuit est connue sous le nom d'impédance. Elle est souvent mesurée en Ohms.
Il combine généralement une résistance capacitive, une résistance indicative et une résistance moyenne.
Plusieurs facteurs peuvent affecter cette impédance. Les facteurs les plus courants sont les suivants
- La largeur de la trace est le principal facteur affectant l'impédance du circuit imprimé. Une largeur de trace plus importante garantit une impédance/résistance plus faible.
- L'espace de traçage est également essentiel. N'oubliez pas que des traces plus serrées entraînent un couplage capacitif. Le flux d'électricité d'une trace à l'autre est appelé couplage capacitif.
- L'épaisseur du cuivre est également déterminante. En général, la résistance diminue lorsque le cuivre est plus épais.
- L'impédance augmente avec l'épaisseur des couches isolantes. En revanche, des valeurs diélectriques plus élevées entraînent une impédance plus faible.
- Enfin, l'empilement de couches différentes modifie également l'impédance du circuit imprimé.
8. Techniques d'alimentation et de mise à la terre
Les lignes d'alimentation et de terre sont également cruciales dans la conception des circuits imprimés HDI. Leur principale fonction est de fournir des connexions électriques stables.
Des lignes d'alimentation et de mise à la terre courtes et larges peuvent réduire le bruit. Cela réduit généralement la résistance et l'induction.
Vous pouvez également placer des condensateurs de découplage à proximité des broches d'alimentation. Cela permet d'atténuer les fluctuations de tension.
Comme vous le savez, les règles de conception des circuits imprimés prévoient différents types de GND. Vous pouvez suivre plusieurs techniques pour la mise à la terre d'un circuit imprimé HDI. Pour information : les types spécifiques de GND dépendent de la conception de votre circuit imprimé.
Dans la plupart des cas, des plans de masse solides sont utilisés. Ils fournissent généralement un chemin à faible impédance pour les courants de retour.
9. Densité et emplacement des composants
Comme vous le savez, la conception des circuits imprimés HDI offre une haute densité de composants. Le bon emplacement et la bonne gestion sont donc essentiels pour obtenir les meilleurs résultats.
Lorsque l'on rassemble les pièces, on peut penser à quatre choses principales.
L'espace
Dans la conception des circuits imprimés HDI, l'utilisation efficace de l'espace est très importante. Comme vous le savez, les circuits imprimés HDI permettent d'intégrer plus de composants dans un espace réduit.
Pour ce faire, vous pouvez utiliser des traces et des vias plus étroits. Toutefois, vous devez respecter les règles de conception des circuits imprimés en ce qui concerne la largeur et l'espacement des traces.
Vous devez placer les composants de manière stratégique afin de minimiser les pertes d'espace. Techniquement, cela permet de réduire la taille du circuit imprimé.
Pureté du signal
Ensuite, il peut être difficile de maintenir la pureté du signal. Mais ne vous inquiétez pas ! Si vous suivez les règles de conception des circuits imprimés, vous pouvez facilement éliminer ce problème.
Vous savez déjà que des chemins de signaux plus courts signifient moins de perte de signal et de retard. Vous devez donc faire attention à la façon dont vous acheminez les signaux à grande vitesse.
Vous pouvez utiliser des paires différentielles et des tracés à impédance contrôlée. Des techniques d'alimentation et de mise à la terre appropriées sont également cruciales dans ce cas.
Gestion thermique
Comme vous le savez, les circuits imprimés denses génèrent plus de chaleur. Vous devez donc assurer une gestion thermique efficace. Les vias thermiques, les dissipateurs de chaleur et les tampons thermiques peuvent aider à dissiper la chaleur.
Complexité de la fabrication
Les conceptions à haute densité peuvent être plus complexes à fabriquer. Il est possible de trouver un équilibre entre la complexité et la facilité de fabrication.
Notez que les processus et matériaux de fabrication standard peuvent réduire les coûts. Chez UETPCB, nous utilisons les dernières technologies pour fabriquer chaque circuit imprimé.
C'est pourquoi nous offrons à nos clients le meilleur prix par rapport aux autres fabricants de circuits imprimés HDI.
III. Techniques de conception de l'IDH pour préserver l'intégrité du signal
Vous pouvez rencontrer certains problèmes lors de la conception de circuits imprimés HDI. Les cinq problèmes ci-dessous sont les plus courants.
- La multiplicité des niveaux de signal et des composants rend le routage plus difficile.
- Variations de la longueur de la trace
- Il est difficile de maintenir une résistance constante
- Échauffement localisé pouvant endommager les pièces
Pour surmonter ces problèmes, vous pouvez suivre certaines techniques. Des experts du monde entier recommandent ces techniques.
- Utiliser des matériaux dont le Dk est stable et le facteur de dissipation Df faible.
- Les couches de signaux doivent toujours être placées entre les plans GND.
- Utiliser la bonne méthode de terminaison pour éviter les déséquilibres d'impédance.
- Placez les micro-vias près des pastilles de signal. Cela réduit la réflexion du signal.
- Placez des condensateurs de découplage près des broches d'alimentation principales. Ils garantissent généralement la pureté de l'alimentation.
- Pour réduire la diaphonie, placez des lignes de garde entre les signaux à grande vitesse.
- Blindage et mise à la terre efficaces
- Utiliser les vias de dissipation thermique pour évacuer la chaleur du circuit imprimé.
- Gardez toujours une distance par rapport au bord lors de l'installation des composants. La distance recommandée est de λ/10.
- Veillez toujours à ce que les tracés soient de longueur égale.
IV. Découpage et fanout de HDI BGA
Les BGA breakout et fanout sont les connexions de routage d'un BGA vers le reste du PCB. BGA est l'abréviation de Ball Grid Array.
Les techniques de micro-vias et de via-in-pad sont généralement deux tactiques efficaces de découpage des BGA.
Vous pouvez généralement les utiliser pour gérer l'espace et maintenir la pureté du signal. Pour les BGA à nombre de broches élevé, vous pouvez utiliser d'autres techniques telles que le fanout en épine dorsale ou les vias en quinconce.
V. Stratégies de routage avancées
Les techniques de routage avancées sont toujours essentielles lors de la conception d'un circuit imprimé HDI. Elles permettent de gérer des schémas complexes et améliorent généralement les performances du circuit imprimé.
1. Via-in-Pads
Les pastilles Via-in sont intégrées directement dans les pastilles des composants. Cette approche permet généralement d'économiser de l'espace et de renforcer le signal.
Cependant, sa fabrication peut s'avérer difficile. Pour éviter les problèmes de soudure, il est essentiel de remplir et de plaquer correctement les vias.
Les via-in-pads contribuent également à la gestion thermique. Techniquement, la chaleur est dissipée par les vias.
2. Fanout de l'épine dorsale
Cette stratégie permet d'acheminer les signaux des boîtiers BGA vers d'autres emplacements du circuit imprimé. Dans cette stratégie, des traces courtes relient les plots BGA aux vias.
Cette technique permet principalement de simplifier le routage des découpes et de réduire la longueur du chemin du signal. Elle est généralement adaptée au maintien de l'intégrité du signal et à la gestion des BGA à nombre de broches élevé.
3. Structures des boulevards
Cette stratégie crée surtout des chemins pour les signaux critiques. Elle sépare principalement les signaux sensibles des signaux bruyants.
La structure Boulevard est particulièrement idéale pour les conceptions à grande vitesse. Cette stratégie peut être utilisée dans les circuits imprimés où la pureté du signal est la principale préoccupation.
Vous pouvez généralement utiliser cette technique par des traces larges ou des microstrips.
VI. Normes IPC pour les PCB
Le respect des normes est toujours nécessaire dans l'industrie manufacturière. C'est pourquoi une norme commune est toujours utilisée pour tous les pays.
Les normes IPC concernent essentiellement les appareils électroniques. Les normes IPC-2221, -6012, -4101 et -7351 sont les plus courantes dans la fabrication des circuits imprimés.
Vous pouvez suivre l'IPC-2221 pour les conceptions générales et l'IPC-6012 pour les fonctions des circuits imprimés. Toutefois, l'IPC-4101 traite des matériaux et l'IPC-7351 définit la conception du schéma de câblage.
Il convient de toujours respecter les normes IPC lors de la conception de circuits imprimés HDI. Ainsi, lorsque vous traitez avec un fabricant de circuits imprimés HDI, assurez-vous toujours qu'il possède ces licences.
VII. Nous contacter aujourd'hui
Si vous avez des questions, n'hésitez pas à nous contacter. Notre équipe d'experts est toujours là pour vous aider à répondre à tous vos besoins en matière de conception de circuits imprimés HDI. Que vous ayez des questions ou que vous ayez besoin d'une consultation, notre équipe d'experts est toujours heureuse de vous fournir une solution.