Lorsque les ingénieurs matériel découvrent pour la première fois les circuits imprimés multicouches, ils peuvent se sentir un peu dépassés. La découverte de circuits imprimés à dix ou huit couches, aux tracés denses et complexes rappelant des toiles d'araignée, peut laisser perplexe. Pourtant, la conception de circuits imprimés multicouches est essentielle et essentielle aux produits électroniques modernes. La structure interne des circuits imprimés multicouches peut être représentée à l'aide de graphiques tridimensionnels, permettant une compréhension plus intuitive de la conception des circuits imprimés.Le cœur de l'IDH
L'interconnexion haute densité (HDI) est une conception essentielle des circuits imprimés multicouches, qui se distingue principalement par sa technologie de vias. Le procédé de fabrication des circuits imprimés multicouches est similaire à celui des circuits imprimés monocouches et bicouches, la principale différence résidant dans la technologie des vias. Les circuits sont gravés, tandis que les vias sont formés par perçage et cuivrage.Types de circuits imprimés multicouches
Les circuits imprimés multicouches sont des composants courants et essentiels des produits électroniques modernes. Leur conception et leur fabrication impliquent le choix de différents nombres de couches et de différentes technologies en fonction de la complexité et des exigences de performance des produits. Voici quelques types courants de circuits imprimés multicouches et leurs applications typiques :PCB traversant
Le circuit imprimé traversant est le type de carte de circuit imprimé multicouche le plus simple, généralement composé de deux couches interconnectées par des trous traversants. Ce type de carte convient à certains microcontrôleurs 8 bits simples, offrant un coût relativement faible. Cependant, en raison des interférences potentielles de signaux et des limitations de conception liées aux connexions traversantes, il a été progressivement remplacé par d'autres types de cartes pour les produits exigeant des performances plus élevées.Conseil du Premier Ordre
Une carte de premier ordre est une carte traversante courante de 4 à 6 couches, adaptée au matériel intelligent de niveau microcontrôleur 32 bits. Elle offre davantage d'espace de connexion intercouche et une plus grande flexibilité de conception, contribuant ainsi à réduire les interférences de signaux, à améliorer les performances électriques et à garantir une meilleure immunité au bruit. De plus, son procédé de fabrication est relativement simple et son coût relativement faible, ce qui en fait un choix privilégié pour de nombreux produits de complexité moyenne.Conseil de deuxième ordre
Une carte de second ordre est un type de circuit imprimé multicouche plus avancé, généralement composé de 6 à 8 couches. Sa conception est plus complexe et convient aux matériels intelligents de niveau Linux et Android. Dans ces produits, la disposition des interfaces de communication, des signaux haut débit, de l'alimentation et des couches de masse exige une plus grande précision, et l'utilisation d'une carte de second ordre permet de mieux répondre à ces exigences.Empilé de second ordre via PCB
Le circuit imprimé à vias empilés de second ordre est un type complexe utilisé sur des cartes à huit couches ou plus. Il combine les caractéristiques des cartes de premier et de second ordre, permettant le placement simultané de plusieurs vias, offrant ainsi une densité de connexion plus élevée et une meilleure intégrité du signal. Cependant, en raison de sa complexité et de ses difficultés de fabrication, son utilisation est limitée et est principalement réservée aux produits sophistiqués haut de gamme.Cartes de troisième ordre et cartes de circuits imprimés d'ordre supérieur
Les cartes de troisième ordre et les circuits imprimés d'ordre supérieur sont généralement utilisées pour des applications à très hautes performances telles que les serveurs, les ordinateurs haut de gamme, etc., en raison de leur conception complexe et de leurs coûts de fabrication. Ces cartes offrent davantage de couches de signaux et d'alimentation, ce qui leur permet de répondre aux exigences complexes de transmission de signaux et de gestion de l'énergie. Leur prix élevé les rend généralement utilisées dans des applications exigeant des performances et une fiabilité exceptionnelles. Les smartphones et autres produits compacts utilisent généralement des circuits imprimés de premier ordre de 8 couches à 10 couches. Face à la nécessité d'intégrer de nombreuses fonctionnalités et des circuits complexes dans un espace limité, l'utilisation de circuits imprimés de plus grande taille et de plus haut niveau permet d'améliorer l'intégrité du signal, la gestion de l'énergie et la dissipation thermique. Globalement, le choix du type de circuit imprimé multicouche approprié dépend des exigences de performance du produit, de l'intégrité du signal, des performances électriques, de la complexité de l'agencement et des contraintes budgétaires. Avec les progrès technologiques constants, un nombre croissant de produits adopteront des circuits imprimés de plus haut niveau pour répondre aux exigences croissantes en matière de fonctionnalités et de performances.Le type de trou traversant le plus courant
Il n'existe qu'un seul type de via, allant de la première à la dernière couche. Qu'il s'agisse d'une piste externe ou interne, la via est percée, ce qu'on appelle un circuit imprimé traversant. Le nombre de couches n'a aucun rapport avec les circuits imprimés traversants ; même les circuits imprimés à deux couches couramment utilisés comportent des trous traversants. De nombreux commutateurs et circuits imprimés de qualité militaire, malgré leurs 20 couches, utilisent encore des vias traversants. Le procédé consiste à percer le circuit imprimé avec un foret, puis à plaquer du cuivre à l'intérieur des trous pour créer des connexions électriques.
Il convient de noter que les diamètres des trous traversants plaqués sont généralement de 0,2 mm, 0,25 mm et 0,3 mm. Cependant, les diamètres de 0,2 mm sont généralement plus chers que ceux de 0,3 mm. En effet, les forets plus fins sont plus sujets à la casse et le perçage prend plus de temps. Ce temps et ce coût supplémentaires se répercutent sur le prix des circuits imprimés.
Vias laser sur cartes HDI
Ce schéma représente l'empilement des couches d'une carte HDI (High-Density Interconnect) 1 ordre à 6 couches. Les faces supérieure et inférieure comportent deux couches, chacune dotée de vias laser de 0,1 mm de diamètre. Les couches internes sont dotées de vias mécaniques, créant une structure similaire à celle d'une carte traversante 4 couches, avec deux couches supplémentaires recouvrant l'extérieur.
Les vias laser peuvent pénétrer les matériaux en fibre de verre, mais pas le cuivre métallique. Par conséquent, les vias des couches externes n'affectent pas le routage interne. Après perçage laser, les trous sont cuivrés, créant ainsi des micro-vias laser.
Carte HDI 2 couches avec laser double couche
L'image ci-dessus montre une carte à trous décalés (HDI) à 6 couches et 2 étapes. En général, les cartes HDI à 6 couches et 2 étapes sont moins utilisées, et les cartes HDI à 8 couches et 2 étapes sont généralement préférées. Cependant, les principes sont les mêmes pour les cartes à nombre de couches plus élevé que pour les HDI à 6 couches. Le terme « 2 étapes » désigne la présence de deux couches de trous percés au laser. Le terme « décalé » indique que ces deux couches sont mal alignées. Pourquoi les trous sont-ils décalés ? En effet, lors du processus de cuivrage, les trous peuvent ne pas être entièrement remplis, laissant des vides à l'intérieur. Il est donc impossible de percer directement sur ces vides. Les trous doivent être décalés d'une certaine distance, créant ainsi une autre couche de vides. La technologie HDI 6 couches 2 étapes comprend 4 couches de construction HDI 1 étape, auxquelles s'ajoutent 2 couches supplémentaires à l'extérieur. La technologie HDI 8 couches 2 étapes comprend 6 couches de construction HDI 1 étape, auxquelles s'ajoutent 2 couches supplémentaires à l'extérieur. La technologie des micro-vias implique des processus complexes et des coûts plus élevés, car deux couches de vias percés au laser se chevauchent. Cela permet d'obtenir des circuits plus compacts. Les vias de la couche interne doivent être remplis par galvanoplastie avant la création des vias de la couche externe. Ce procédé la rend plus coûteuse que les cartes traversantes classiques. Pour les cartes d'interconnexion haute densité (HDI) ultra-onéreuses, elle implique plusieurs couches de micro-vias percés au laser. Chaque couche est composée de vias percés au laser, offrant ainsi la flexibilité nécessaire pour le routage et la création des vias. L'ingénieur layout est extrêmement satisfait de son travail ! Il n'a plus à craindre de ne pas pouvoir créer la conception idéale. Cependant, le service des achats est confronté à une forte pression, car le coût de la carte HDI (High Density Interconnect) Any-Layer est plus de dix fois supérieur à celui des cartes traversantes classiques ! Cela explique également pourquoi seuls les produits haut de gamme comme l'iPhone peuvent se permettre d'utiliser des cartes aussi coûteuses. À l'heure actuelle, il semble que les autres marques de téléphones portables n'aient pas entendu parler de l'adoption de la carte HDI Any-Layer.
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