Comparaison des coûts : procédés soustractifs et semi-additifs

Je suis très intéressée par les procédés semi-additifs qui sont désormais disponibles pour les fabricants de circuits imprimés de toutes tailles et je parle régulièrement des conceptions potentielles qui pourraient bénéficier d'un routage avec une piste et un espace de 15 microns ou 25 microns. 

Si le procédé semi-additif modifié (mSAP) a été utilisé dans certaines installations de fabrication à très haut volume en Asie pour des technologies telles que les smartphones, cette technologie a été en grande partie indisponible pour les applications de PCB à faible, moyen et même à haut volume. 

Avec le lancement du procédé A-SAP™ (procédé semi-additif d'Averatek), cette technologie est désormais disponible pour un certain nombre de fabricants de circuits imprimés, ce qui permet aux concepteurs de l'utiliser pour de nombreux types d'applications.

Même si je préfère discuter des règles de conception de circuits imprimés et mettre en relation les concepteurs avec des fabricants qualifiés dans cette technologie et capables de répondre à leurs exigences de fabrication, la question du coût se fraie toujours un chemin dans les conversations. Abordons donc ce sujet trop souvent évité.

Tout d'abord, pour ceux qui ne sont pas familiers avec le procédé semi-additif pour les PCB, n'hésitez pas à consulter nos blogs précédents. Nous avons abordé les bases du procédé semi-additif et avons récemment traité les questions les plus fréquentes concernant l'empilage des cartes de circuits imprimés.

Nous avons également exploré certaines des « règles de conception » ou « recommandations de conception » qui ne changent pas lors de la conception avec ces tailles d'éléments à ultra-haute densité. Nous avons également traité de l'espace de conception autour de la possibilité d'utiliser ces largeurs de pistes à ultra-haute densité dans les zones d'échappement BGA et des pistes plus larges dans le champ de routage. 

L'avantage du processus réside dans une réduction du nombre de couches du circuit, tandis que la préoccupation du maintien d'une impédance de 50 ohms émerge. Eric Bogatin a récemment publié un document analysant précisément ces points.

Quel est le coût de cette technologie lorsqu'elle est comparée à des procédés soustractifs, pour le même nombre de couches, les mêmes géométries de piste, le même nombre de vias, etc. ?

Je répondrai à cette question courante avec le même raisonnement que j'ai souvent utilisé lorsque j'ai abordé la technologie des circuits flexibles par rapport à la technologie des PCB rigides. 

Même si chaque élément est le même (qu'il s'agisse du nombre de couches, de la piste et de l'espace du circuit, de la taille des trous et des pastilles, du volume, etc.), un circuit flexible coûtera plus cher. 

La fabrication de circuits flexibles et la technologie flex-rigide nécessitent des compétences particulières et une manipulation spéciale. Par ailleurs, les matériaux flexibles sont plus chers que les matériaux rigides standard, alors si vous n'en avez pas besoin, n'en utilisez pas. 

Mais les conceptions électroniques d'aujourd'hui repoussent les limites, et le passage à des matériaux flexibles présente de nombreux avantages sans que le surcoût n'ait d'incidence particulière sur la conception globale. 

Il en va de même pour le procédé A-SAP™. Si vous comparez une conception de PCB à 6 couches sur du FR4 standard avec des lignes et des espaces de 76 µm et des trous de 203 µm, à cette même conception construite à l'aide d'un procédé de fabrication additif plutôt que d'un procédé de fabrication soustractif, elle serait tout simplement plus chère. 

Le procédé additif nécessite un processus spécialisé et un contrôle de processus. Comparer les procédés semi-additifs à la gravure soustractive de cette manière ne tient pas compte des avantages ni même des économies globales qui pourraient être réalisées lors du routage à l'aide de ces caractéristiques de cartes ultra-haute densité.

Existe-t-il une autre façon d'évaluer le coût de cette technologie et les avantages d'une ligne et d'un espacement de 15 ou 25 microns ? 

Au cours de cette discussion, nous n'aborderons pas les avantages du procédé semi-additif en matière d'intégrité du signal. Nous nous pencherons plutôt sur l'autre avantage significatif, à savoir le gain d'espace associé au routage à 15 ou 25 microns par rapport aux 75 microns standard. Ce gain d'espace est essentiel pour comparer les coûts. 

Voici quelques exemples :

• Une conception avec gravure soustractive nécessite 12 couches et 3 cycles de stratification. Cette conception est repensée pour réduire le nombre de couches à 8 et les cycles de stratification à 1. Gardez à l'esprit que l'ajout de cycles de stratification entraîne généralement une augmentation approximative de 40 % du coût. La réduction de la complexité de cette conception augmente le rendement et réduit les coûts, même en tenant compte du coût plus élevé du processus semi-additif : un avantage certain pour la conception du PCB.
• Et si vous n'utilisiez pas cet espace pour augmenter le routage, mais pour augmenter la taille des trous et des pastilles ?  Il est possible de repenser une conception à 8 couches avec des microvias en haut et en bas et d'utiliser la technologie des trous traversants. Encore une fois, il s'agit là d'une économie pour la conception dans son ensemble.
• Et si vous vous focalisiez sur la miniaturisation de votre conception et que l'espace de routage économisé était utilisé pour réduire la taille globale du circuit imprimé ? Même avec la même technologie et le même nombre de couches, si un nombre plus important de composants se trouvent sur le panneau de production du PCB, le coût global de la conception pourrait diminuer.

Comme vous pouvez le constater, le coût d'une technologie de gravure soustractive et celui d'une technologie semi-additive ne peuvent pas réellement être comparés. Les vrais gains sont observés lorsque ce nouveau processus de fabrication est utilisé pour repenser la conception du PCB et la simplifier.

Pour conclure, le procédé A-SAP™ est également applicable à des fonctionnalités de plus grande taille. Pour les personnes qui ont une conception particulièrement difficile à réaliser avec des pistes de 75 ou 65 microns avec gravure soustractive, le passage de la technologie soustractive à la technologie additive est susceptible d'augmenter le rendement et de proposer un produit plus fiable.