Comment concevoir des circuits imprimés à haute densité d'interconnexions performants à l'aide de vias enterrés et borgnes

Économisez de l'espace, économisez de l'argent 

La loi de Moore prévoit que le nombre de transistors dans les circuits intégrés (CI) doublera tous les deux ans environ. Cette loi s'est vérifiée depuis 1965, mais elle pourrait ralentir vu que la taille des transistors diminue à un rythme plus lent. Même si la loi de Moore pourrait être proche de sa limite, la demande en circuits imprimés plus petits et plus puissants ne fait que s'intensifier. Heureusement pour vous, le concepteur moderne dispose de plusieurs techniques pour répondre aux contraintes d'espace des cartes à haute densité d'interconnexions (HDI). Pour économiser de l'espace et de l'argent sur votre carte HDI, une des méthodes consiste à utiliser différents types de vias.

Il existe deux principaux types de vias qui vous permettent d'économiser de l'espace sur votre circuit imprimé HDI : les vias borgnes et les vias enterrés. Pour vous rafraîchir rapidement la mémoire, un via borgne est similaire à un via traversant qui se termine quelque part dans l'épaisseur de la carte au lieu de la traverser complètement. Un via enterré ne se connecte à aucune couche externe et ne relie que les couches internes de la carte.

Comment économiser la surface occupée

La principale raison d'utiliser des vias borgnes et enterrés est d'économiser la surface occupée de votre circuit imprimé. Si vous êtes vraiment compétent, les vias borgnes et enterrés peuvent même réduire une carte de 8 couches en une carte de 6 couches. Ces vias sont particulièrement utiles lorsqu'il s'agit d'économiser de l'espace pour les technologies montées en surface (SMT), en particulier les matrices à bille (BGA).

Les vias borgnes peuvent utiliser jusqu'à 50 % d'espace de moins sur la couche externe que les vias traversants. Étant donné qu'un seul côté de la carte est percé, vous pouvez placer un composant SMT directement sur l'extrémité fermée d'un via borgne. Maintenant, vous disposez d'espace pour ajouter ce fameux composant SMT de dernière minute. Si jamais vous avez fait trop d'heures supplémentaires et n'avez pas suffisamment dormi, je vous rappelle qu'il ne faut pas placer de composants SMT sur l'extrémité ouverte d'un via borgne. Les vias enterrés peuvent être utilisés de la même manière afin d'économiser de l'espace pour les SMT.

Vous avez déjà souhaité avoir plus d'espace pour les canaux de branchement de votre BGA ? Si c'est votre cas, vous auriez probablement dû faire le souhait de gagner un million de dollars ou une nouvelle maison à la place. Quoi qu'il en soit, avec les vias borgnes et enterrés, votre souhait, peut devenir une réalité. Non seulement ces vias traversants embêtants occupent l'espace de vos SMT, mais ils dérangent également vos canaux de branchement de BGA. Tout comme avec les SMT, vous pouvez utiliser des vias borgnes ou enterrés au lieu de vias traversants pour élargir vos canaux de branchement. Si vous élargissez suffisamment vos canaux de branchement, vous pourrez peut-être économiser une couche de signal dans votre circuit imprimé.

Préparez-vous à réduire des cartes comme celles-là

Considérations à propos des interférences électromagnétiques

Vous devriez le savoir maintenant, les interférences électromagnétiques (EMI), c'est mon domaine. Si vous pensiez pouvoir échapper à une autre leçon sur le sujet, c'est bien mal me connaître.

Les vias borgnes et enterrés peuvent effectivement vous aider à réduire les EMI sur votre circuit imprimé. Vous vous souvenez, bien évidemment, de mon autre blog où je vous ai parlé des plots qui encourageaient les EMI. Au cas où vous ne seriez pas un lecteur assidu (vous devriez), laissez-moi vous rafraîchir la mémoire. Les plots sur les vias traversants agissent comme des lignes de transmission ouvertes et reflètent tous les signaux transmis par le via dans le circuit. La réponse simple à ce problème est de supprimer les plots. Les vias borgnes et enterrés n'ont pas de plots, donc ils demanderont beaucoup moins de réflexion.

Ce n'est pas parce que vous ne pouvez pas voir un via enterré ou l'extrémité d'un via borgne que ceux-ci ne peuvent pas causer des problèmes d'EMI. N'oubliez pas de respecter les règles d'espacement électrique et de glissement lorsque vous placez des vias borgnes et enterrés.

Technologie de vias nouvelle génération
 

Considérations relatives à la fabrication

Il est extrêmement important que vous parliez à votre fabricant lorsque vous concevez un circuit HDI avec ces nouveaux vias sophistiqués. Si vous ne considérez pas les coûts et les limites de fabrication, vous pourriez vous retrouver avec un circuit imprimé coûteux rempli de défauts de fabrication.

Pour économiser du temps et vous épargner du travail d'emblée, vous devriez demander à votre fabricant comment il compte fabriquer ces cartes. Les méthodes de fabrication peuvent limiter votre utilisation des vias borgnes et enterrés. Votre fabricant vous informera des types de vias qu'il est capable de fabriquer avec ses méthodes.

En plus du coût des diverses méthodes de fabrication, vous devrez aussi réfléchir à la viabilité à long terme des vias fabriqués. Votre fabricant peut suggérer de fabriquer des vias à l'aide de la méthode de « perçage-détourage ». Le perçage-détourage est peu coûteux, mais il peut introduire des défauts de fabrication dans votre circuit imprimé. Votre fabricant veut faire des économies, tout comme votre direction. Assurez-vous que les raccourcis qu'ils choisissent ne réduisent pas les performances de votre circuit imprimé.

Si vous concevez un circuit imprimé HDI, votre logiciel de conception de circuits imprimés doit pouvoir traiter les vias borgnes et enterrés. CircuitStudio dispose d'une excellente documentation expliquant comment mettre en place des vias enterrés et borgnes.

N'y voyez aucune pression, mais comme la loi de Moore ralentit, c'est à vous d'augmenter la densité et la puissance des circuits imprimés. Utilisez intelligemment les vias borgnes et enterrés pour économiser la surface précieuse de votre circuit imprimé. N'oubliez pas, en revanche, de concevoir en tenant compte aussi de la conformité électromagnétique, du coût et de la longévité.

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