Circuit imprimé HDI

Qu'est-ce qu'un CIR HDI ?

HDI PCB est l'abréviation de Circuit Imprimé à Interconnexions Haute Densité (High-Density Interconnect Printed Circuit Board). Comme son nom l'indique, il s'agit d'un circuit imprimé avancé conçu pour répondre aux exigences de miniaturisation et de hautes performances des produits électroniques. Le PCB haute densité se distingue par ses pistes fines et son pas réduit entre trous. Comparé aux PCB traditionnels, le PCB haute densité optimise la densité d'interconnexions en réduisant les pistes, abandonne le procédé classique des trous métalliqués (Through Hole Via), adopte des techniques telles que le perçage laser avec des micro-vias (Micro Via), des vias borgnes (Blind Via) et des vias enterrés (Buried Via), ainsi que la technologie de pressage multicouche, permettant ainsi une intégration des circuits largement supérieure à celle des PCB traditionnels. Il peut ainsi accueillir davantage de composants par unité de surface, réaliser des fonctions électroniques plus complexes dans un espace limité, et offrir aux produits électroniques des performances accrues dans un volume réduit. Il s'adapte ainsi précisément à l'évolution actuelle des appareils électroniques vers des conceptions plus légères, intelligentes et à haute fréquence, devenant un support clé pour permettre des avancées dans des domaines émergents tels que la 5G, l'Internet des objets et l'intelligence artificielle.

Caractéristiques clés des PCB HDI

Grâce à sa conception et son procédé uniques, la carte de circuit imprimé interconnectée haute densité présente une série de caractéristiques essentielles qui s'adaptent aux besoins en haute densité et hautes performances, notamment :

1. Nombre de couches supérieur :

Les cartes de circuits HDI possèdent généralement un nombre de couches plus élevé, habituellement plus de 4 couches. Cela s'explique par le fait qu'il est difficile d'éviter l'encombrement des pistes et les interférences de signaux avec seulement quelques couches, il est donc nécessaire d'augmenter le nombre de couches et de répartir le routage et les connexions sur plusieurs couches pour une planification rationnelle. La plupart des produits optent pour une conception de 6 à 12 couches en fonction de la complexité des fonctions, afin d'équilibrer la densité de routage, la complexité fonctionnelle et les performances du circuit dans un espace limité.

2. Largeur et espacement des pistes fins :

Afin de répondre aux besoins de miniaturisation des appareils électroniques et d'atteindre une intégration de circuits plus dense dans un espace limité, la carte de circuit HDI (High Density Interconnect) doit optimiser la disposition des pistes. Une carte HDI peut atteindre une largeur et un espacement de pistes de 3 à 5 mil ou même inférieurs, alors que l'espacement des pistes sur les cartes traditionnelles est généralement de plusieurs centaines de microns. Par conséquent, lors de la fabrication d'un circuit imprimé HDI, la moindre déviation dans le processus peut provoquer une déformation des lignes, un court-circuit ou un circuit ouvert, ce qui rend le processus extrêmement difficile.

3. Utiliser des micro-vias, des vias borgnes et des vias enterrés :

La conception des trous dans les cartes HDI est également très fine. Les types de trous comprennent : Microvia, qui possède généralement un diamètre inférieur à 6 mil, permettant ainsi de connecter précisément des pistes étroites et d'économiser de l'espace. Afin d'assurer des connexions entre plusieurs couches, il est souvent nécessaire d'empiler les couches les unes sur les autres, et les trous doivent généralement être remplis de cuivre ou métallisés ; Blind Via (trou aveugle), qui s'étend de la couche extérieure vers une couche interne spécifique et n'est visible que d'un seul côté. Il est réalisé par un perçage segmenté, ce qui réduit efficacement le trajet du signal et diminue les interférences entre couches ; Buried Via (trou enterré), qui est entièrement intégré à l'intérieur des couches internes et ne traverse pas les couches extérieures. Il nécessite un procédé de fabrication à plusieurs étapes d'assemblage, ce qui libère de l'espace pour le câblage en surface et améliore l'intégrité des plans d'alimentation/masse internes ; Staggered Via (trou décalé), composé de plusieurs microvias disposés de manière décalée formant une structure d'interconnexion en escalier, adapté aux cas nécessitant des connexions croisées entre couches mais avec un espace limité ; Stacked Via (trou empilé), où plusieurs couches de microvias sont empilées verticalement pour former une structure en colonne, permettant une interconnexion directe entre plusieurs couches, mais la précision du perçage doit être strictement contrôlée afin d'assurer la fiabilité électrique. Une combinaison et une utilisation appropriées de ces types de trous permettent de répondre aux exigences de conception des PCB haute densité et hautes performances.

Afin de rendre le câblage plus dense, les cartes HDI utiliseront également la technologie VIP, consistant à percer directement des micro-trous dans les pistons et à les relier par des lignes fines, élargissant ainsi le canal de câblage et résolvant le problème d'encombrement des lignes dans les scénarios à haute densité. Selon la relation de position spatiale entre les pistons et les trous, on peut les subdiviser en les types suivants :

• Intégré : Le corps du trou est entièrement situé à l'intérieur de la limite du piston, et il existe un espacement clair entre le bord du trou et le bord du piston, présentant un état complètement enveloppé ;
  
• Partiellement superposé : La structure du trou tombe partiellement dans la zone du piston et dépasse partiellement la limite du piston, formant une couverture croisée entre le bord du trou et le bord du piston ;
  
• Excentré : Le trou est situé globalement à l'intérieur de la zone du piston, mais il existe un décalage entre le centre géométrique du trou et le centre du piston, présentant une distribution asymétrique.
  

La disposition structurale des trous de la carte PCB HDI doit répondre aux exigences d'interconnexion haute densité et d'intégrité du signal. Durant la fabrication, il est nécessaire de contrôler précisément la précision de l'alignement entre couches (avec une tolérance de ±15 μm) afin d'obtenir un faible rapport de trous (≤1:3), garantissant ainsi une transmission stable du signal ; la couche centrale utilise un substrat plus épais, et la conception de trous enterrés peut améliorer la connectivité électrique de la couche intermédiaire, répondant ainsi de manière optimale aux exigences d'appareils électroniques haute densité et hautes performances.

Caractéristiques de la structure multicouche et du procédé de pressage

La carte PCB HDI présente des caractéristiques spécifiques au niveau du procédé d'empilage et de pressage :

Bien qu'il utilise une logique de construction par couches comme les circuits imprimés traditionnels, plusieurs cycles de superposition et de laminage sont nécessaires pour obtenir des conceptions complexes d'interconnexions avec des vias aveugles et enterrés. Sa structure est basée sur une couche centrale épaisse, sur les deux faces de laquelle sont appliquées symétriquement des couches diélectriques fines, formant ainsi une infrastructure adaptée au câblage haute densité.

Le processus de fabrication spécifique est le suivant : tout d'abord, définir la zone conductrice à l'aide d'un film photoresist négatif, et utiliser du chlorure de fer pour éliminer les parties inutiles ; ensuite, utiliser une solution chimique pour retirer le film photoresist et exposer le substrat à traiter ; le perçage est réalisé par des méthodes mécaniques, laser ou chimiques selon les exigences de densité ; puis l'interconnexion des circuits intérieurs est réalisée par un procédé de métallisation ; enfin, les opérations d'empilage et de plaquage sont répétées jusqu'à la formation de la structure extérieure, afin de satisfaire aux exigences d'interconnexion précise dans les scénarios haute densité.

Spécification PCB HDI chez LHD TECH

Avantages uniques des cartes PCB HDI

Les cartes PCB HDI (cartes de circuits imprimés à interconnexions haute densité) ont démontré des avantages significatifs dans la tendance à la miniaturisation et aux hautes performances des équipements électroniques grâce à leur conception et leur procédé spécifiques. Ces avantages se manifestent principalement dans les aspects suivants :

1. Densité de câblage ultra-élevée, économie d'espace

Grâce à des technologies précises, l'HDI permet d'obtenir un grand nombre de connexions dans une zone limitée. Par rapport aux cartes PCB traditionnelles, elle permet de réduire le volume de 30 à 50 % à fonction égale, tout en diminuant le poids de l'équipement, offrant ainsi une base en matière d'espace et de légèreté pour ce dernier.

2. Réduction du coût global du système

Bien que le coût de fabrication des cartes HDI soit relativement élevé, il est possible de réduire significativement le coût de conception et de fabrication du système global en diminuant le nombre de composants, en optimisant l'utilisation de l'espace et en simplifiant le processus d'assemblage. Cela assure une meilleure rentabilité à long terme.

3. Amélioration de la flexibilité de conception

Le processus multicouche prend en charge 6 à 12 couches, voire plus. Associé à des structures telles que trous escalier et trous empilés, il permet de planifier de manière flexible des topologies de circuits complexes.

4. Optimiser les performances des signaux et réduire les interférences

Les trajets de signal courts et directs réduisent l'inductance et la capacité parasites, contrôlent efficacement le bruit, diminuent le délai et les pertes de transmission du signal ; la structure multicouche permet de séparer les couches d'alimentation, de masse et de signaux afin de réduire les interférences électromagnétiques (EMI).

5. Accélérer le cycle de lancement du produit

S'adaptant au développement et aux tests rapides d'équipements compacts, sa forte intégration et sa flexibilité de conception permettent de raccourcir le délai entre le prototype et la production en série, aidant ainsi les produits à répondre plus rapidement aux demandes du marché.

Domaines d'application des PCB HDI

Bien que les PCB à base d'aluminium présentent de nombreux avantages, ils possèdent tout de même certains inconvénients :

1. Électronique grand public :

Les appareils portables tels que les smartphones, les tablettes, les montres connectées et les produits tels que la réalité augmentée (AR) et la réalité virtuelle (VR) doivent intégrer des afficheurs haute résolution, des capteurs, des processeurs et d'autres composants dans un espace réduit. La capacité d'interconnexion haute densité (HDI) peut répondre à leurs besoins en conception compacte et en hautes performances ;

2. Électronique automobile :

Les systèmes d'autopilotage, les systèmes d'infodivertissement embarqués, etc., doivent permettre un routage haute vitesse des processeurs et de la mémoire vive (RAM) dans l'espace limité du véhicule, satisfaire aux exigences de faible diaphonie, de haute compatibilité et d'intégrité des signaux, et s'adapter aux scénarios d'interaction de données issues de multiples capteurs ainsi qu'au calcul haute vitesse ;

3. Équipements de communication :

les stations de base 5G, les routeurs, les terminaux de communication par satellite, etc., s'appuient sur l'HDI pour optimiser la transmission des signaux à haute fréquence, réduire les retards et les interférences, et supporter des échanges de données à haut débit ;

4. Électronique médicale :

Les moniteurs portables, les équipements d'échographie, les robots chirurgicaux mini-invasifs, les endoscopes en capsule, etc., nécessitent une conception miniaturisée et un contrôle précis des signaux. L'HDI peut équilibrer volume et performance tout en répondant aux normes élevées de sécurité et aux exigences de précision opérationnelle ;

5. Aérospatial et défense :

Les équipements militaires et aérospatiaux tels que les drones, les charges utiles des satellites et les systèmes radar intègrent des composants à haute puissance et haute sensibilité, et exigent une extrême précision des données, une fiabilité des communications et une légèreté maximale. La structure légère de l'HDI et sa technologie fiable d'interconnexion peuvent satisfaire les exigences de performance dans des environnements extrêmes ;

6. Contrôle industriel :

Les systèmes de contrôle des machines-outils CNC précises et des robots industriels nécessitent un câblage haute densité pour supporter la transmission des signaux multi-axes. L'HDI peut améliorer la rapidité de réponse et la stabilité de fonctionnement de l'équipement.

Difficultés dans la conception des cartes de circuits HDI

Bien que la conception des cartes de circuit HDI puisse répondre aux exigences de haute densité et de hautes performances, elle fait également face à plusieurs défis techniques, qui se manifestent principalement dans les aspects suivants :

• Les composants sont de petite taille et disposés de manière dense, ce qui augmente la difficulté de précision dans le câblage et l'assemblage ;
  
• La surface disponible sur la carte est extrêmement limitée, ce qui impose des exigences extrêmes en matière d'utilisation de l'espace ;
• Les deux côtés de la carte doivent accueillir un grand nombre de composants, ce qui réduit davantage les voies de câblage ;
  
• Une longue longueur de fil peut facilement entraîner des retards de transmission du signal, affectant ainsi les performances dans des scénarios haute fréquence ;
  
• La planification du routage est complexe, et le nombre de réseaux à traiter est important, ce qui nécessite d'équilibrer la haute densité et l'intégrité du signal.
  

Points clés pour la conception et la fabrication des PCB HDI

1. L'adaptabilité de la conception et de la fabrication, qui doit impérativement suivre les directives de conception pour la fabricabilité (DFM) afin de garantir que la conception corresponde à la capacité de production ;
2. La planification du nombre de couches, qui fait généralement référence aux normes recommandées pour les composants BGA, ou qui est déterminée selon un jugement global portant sur la direction et la longueur des pistes croisées, établissant ainsi les bases de la conception ultérieure ;
3. La conception de la structure des trous, la répartition desquels influence directement le réglage adéquat de l'épaisseur et du nombre de couches de la carte, et constitue l'élément clé permettant de relier les pistes de chaque couche ;
4. La fiabilité lors du montage et l'adaptation à l'environnement, il est nécessaire de garantir que la carte ne se casse pas durant son utilisation, tout en tenant compte de la durabilité et de la stabilité ;
5. La solidité technique du fabricant, dont le niveau de processus est directement lié à la fabricabilité de l'ensemble du circuit imprimé, à la qualité du câblage et à l'effet final du fonctionnement.

Pour les circuits imprimés interconnectés haute densité (HDI), leurs production, fabrication et conception doivent être strictement conformes à une série de normes établies par l'IPC, notamment IPC-2315, IPC-2226, IPC-4104 et IPC-6016.

Limitations liées à la fabrication des circuits imprimés HDI

Il existe de nombreuses différences entre la fabrication des circuits imprimés HDI et celle des circuits imprimés standards. Leurs limites résident principalement dans la compatibilité des matériaux et des procédés :

1. Le substrat doit répondre aux exigences électriques et mécaniques, le matériau diélectrique devant être compatible avec des valeurs élevées de TG, résistant aux chocs thermiques et à la soudure métallique, et compatible avec divers types de trous tels que les microvia, les via enterrés et les via borgnes ;
2. L'adhérence et la stabilité des performances du feuillard de cuivre dans des zones telles que les microviaires et les viaires enterrées doivent être fiables ;

En outre, le matériau doit posséder une bonne stabilité thermique pour résister aux contraintes engendrées par le soudage ou les cycles thermiques.

Les normes applicables sont IPC-4101B et IPC-4104A, incluant des matériaux tels que la couche diélectrique liquide photosensible, la couche diélectrique en film sec, le film polyimide, le film thermodurcissable, le feuillard de cuivre recouvert de résine et le FR-4 standard.

Linghangda : Une usine professionnelle d'exportation stable depuis 22 ans

Dans l'industrie mondiale en plein essor des cartes de circuits HDI, la Chine est devenue un centre clé de fabrication, faisant émerger de nombreux fabricants de haute qualité, parmi lesquels Linghangda se démarque. Grâce à son expertise approfondie et à sa capacité d'innovation, Linghangda a démontré des avantages significatifs sur de nombreux aspects :

• Contrôle qualité strict :

  Conformes aux normes ISO9001, ISO13485 et TS16949, les produits répondent à la norme IPC-A-600 Classe 2, et peuvent atteindre les normes Classe 3/3A pour des secteurs spécifiques, garantissant un fonctionnement stable dans des conditions complexes.
  

• Technologie et équipement de pointe :

  Grâce à l'introduction d'équipements avancés et à la maîtrise de procédés haute précision tels que les micro-vias empilés et VIPPO, nous sommes en mesure de prendre en charge des commandes HDI complexes et d'assurer une transformation de haute qualité du design vers le produit final.
  

• Commandes flexibles :

  Aucune quantité minimale de commande requise, possibilité de commander 1 pièce, adaptée aux besoins de prototypage des start-ups et aux besoins de production pilote des grandes entreprises, facilitant ainsi une coopération à long terme.
  

• Service complet clé en main :

  Couvre l'ensemble du processus, de l'approvisionnement en matières, la conception, la fabrication, l'assemblage, l'emballage jusqu'à l'expédition, permettant d'économiser du temps et des efforts, ainsi que des coûts pour les clients.
  

• Système de service complet :

  Une équipe commerciale complète avec un ingénierie professionnelle fournit des services sur l'ensemble du cycle, un service après-vente permanent, les problèmes de qualité peuvent être réparés ou indemnisés, et les intérêts des clients sont garantis en priorité.
  

• Des ressources solides dans la chaîne d'approvisionnement :

  Achat efficace de composants de haute qualité, réduction du temps d'attente, appui sur les avantages d'échelle pour diminuer les coûts et améliorer la rentabilité des solutions.
  

• Capacité de livraison rapide :

  Optimiser les processus de production et la planification des ressources, promouvoir efficacement les projets, aider les clients à commercialiser rapidement leurs produits et à saisir les opportunités.