VeCS : la concurrence d'HDI

Happy Holden
|  March 4, 2019

Il n'y a peu de temps, un ingénieur très créatif en Europe a proposé un nouveau concept de connexions couche à couche avec une densité supérieure à celle du trou traversant conventionnel. Cet ingénieur est Joan Torne' de NEXTGin Technologies BV [1] et sa technologie s'intitule « Structures conductrices verticales-VeCS ». Elle utilise le matériel de fabrication conventionnel PCB TH et augmente les densités jusqu'au niveau de HDI avec des capacités allant jusqu'au pas de 0,4 mm BGA.

Le concept consiste à effectuer un perçage avec débourrage ou à créer un slot ou une cavité dans la carte (pour les connexions aveugles) ou à travers la carte, puis à métalliser et plaquer. Lors de la dernière étape de fabrication, des trous légèrement plus grands sont percés, ce qui crée une connexion verticale entre les couches, comme illustré sur le schéma 1a. Comme vous pouvez le constater sur le schéma 1b, ces connexions verticales plus petites prennent moins de place qu'un trou traversant conventionnel, accordant ainsi plus d'espace pour le routage. Dans l'exemple que j'ai créé sur la schéma 1c, j'ai comparé TH, microvias et VeCS pour un pas de 1,0 mm de BGA. Pour TH, vous pouvez insérer 2 pistes sous les surfaces en forme d'os de chien en utilisant des microvias pivotants et obtenir 7 pistes. La structure VeCS à 7 pistes est aussi dense. Si vous retournez au pas de 0,5 mm de BGA, vous ne pouvez pas acheminer plus d'une piste avec TH en utilisant la technologie via-in-pad, mais vous pouvez acheminer 7 pistes entre les vias borgnes pour HDI. VeCS est presque aussi dense et a la possibilité d’acheminer 5 pistes entre les connexions verticales. VeCS offre une certaine flexibilité pour les plus grands écarts, comme vu pour 1,0 mm avec deux passages différents dans la cavité.

 

Schéma 1. a. La technologie VeCS crée des traces verticales pour relier les couches plutôt que d’utiliser un trou entier. b. Une vue 3D montre l'avantage d'un espace de routage supplémentaire créé en utilisant uniquement le mur vertical. c. Comparaison des deux technologies courantes, TH et HDI versus VeCS pour deux divisions BGA : 1,0 mm et 0,5 mm.

Les règles de routage du schéma 1c sont présentées dans le tableau 1:

Tableau 1. Règles de conception et de routage des deux divisions et routages BGA pour les technologies à trous traversants HDI-microvias et VeCS.

Le processus de fabrication VeCS n'a pas changé celui de la fabrication multicouche conventionnelle, seules quelques étapes supplémentaires ont été ajoutées:

1. Percer ou tracer un slot entre les matrices BGA

2. Métalliser comme d'habitude

3. Image avec des VeCS adjacentes au slot métallisé

4. Plaquer comme d'habitude

5. Dénuder et graver normalement

6. Lors de la fabrication finale, percer la métallisation pour avoir des traces verticales

Le processus (schéma 2) ne nécessite pas l'utilisation d'une perceuse laser et il est compatible avec le processus de fabrication des plaques de panneaux.

Schéma 2. Le processus de fabrication VeCS est très conventionnel.

Le seul article publié à propos de cette technologie (PCB magazine - février 2017 [2]), indique que Joan a créé des véhicules tests destinés à vérifier la fiabilité en utilisant Altium Designer pour créer les circuits. La fabrication et les tests ont été réalisés par WUS. Après plusieurs cycles de refusions sans plomb et cycles thermiques à rupture, les résultats étaient comparables à ceux obtenus avec des trous traversants. L'intégrité du signal semble être légèrement meilleure, car le tracé vertical a moins d'inductance qu'un trou, mais les slots ou les cavités peuvent gêner la coulée de la masse.

Concernant le coût, la densité de routage accrue devrait permettre de réduire le nombre de couches de signal et de référence ou d'avoir une plus petite carte avec plus de capacité par panneau. Cela entraînera une économie et le processus de forage ou d’acheminement ne sera payé qu'une seule fois pour créer des cavités ou des slots dans la carte.

Si le concept vous intéresse, contactez votre fabricant de circuits imprimés pour essayer une carte test. Si vous souhaitez l'utiliser dans un design, contactez NEXTGin [1] pour vous renseigner sur le statut du brevet de la technologie. NEXTGin signale que deux fabricants de circuits imprimés utilisent actuellement cette technologie.

RÉFÉRENCES

  1. https://www.nextgin-tech.com/

  2. Starkey Pete, Interview de Joan Tourne', « Structures conductrices verticales - Une nouvelle dimension dans l'interconnexion de circuits imprimés à haute densité », PCB magazine, février 2017, p. 16-20

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Happy Holden est retraité de GENTEX Corporation, l'un des principaux équipementiers électroniques du marché automobile américain. Il a été le directeur technique du plus grand fabricant de circuits imprimés au monde : HonHai Precision Industries (Foxconn) en Chine. Avant Foxconn, Happy était le technologue principal en matière de PCB pour Mentor Graphics, mais aussi le responsable des technologies avancées chez NanYa/Westwood Associates et Merix Corporations. Il a pris sa retraite après plus de 28 ans chez Hewlett-Packard. Auparavant, il a été directeur de la R&D des PCB et responsable de l'ingénierie de la fabrication. Chez HP, il a géré la conception des PCB, les partenariats de PCB et les logiciels d'automatisation à Taïwan et à Hong Kong. Happy a travaillé dans le domaine des technologies avancées pour PCB pendant plus de 47 ans. Il a publié plusieurs chapitres sur la technologie HDI dans 4 ouvrages, ainsi que son propre livre, le « HDI Handbook », disponible en e-Book gratuit sur http://hdihandbook.com. Il a récemment terminé la 7e édition du « McGraw-Hill's PC Handbook » en collaboration avec Clyde Coombs.

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