Maîtriser les vias aveugles et enterrées

La prochaine fois que vous décidez d'utiliser un boîtier BGA dans votre PCB, cela pourrait nécessiter l'utilisation de vias aveugles et enterrés. Un nouveau concepteur peut trouver l'utilisation de vias aveugles et enterrés complexe, mais n'ayez pas peur d'un peu de complexité. Nous avons compilé les ressources essentielles dont vous aurez besoin pour utiliser avec succès les vias aveugles et enterrés dans un PCB HDI.

Les vias aveugles et enterrés ne sont pas une nouvelle technologie ; ils existent depuis l'avènement des substrats de circuits intégrés utilisés dans de nombreux boîtiers de semi-conducteurs. Les vias aveugles/enterrés nécessitent de suivre certaines règles de conception importantes liées à la fiabilité de la structure. Les ressources compilées ci-dessous aborderont ces aspects de fabrication des vias aveugles et enterrés afin que les concepteurs puissent réussir.

Commencer avec les Vias Aveugles et Enterrés

Les vias aveugles et les vias enterrés sont deux des interconnexions standard utilisées dans les PCB HDI pour le routage vertical. Les vias traversants et les vias sautés sont également utilisés, en fonction de l'empilement et du processus de fabrication d'un PCB HDI. Cette sélection et cet arrangement de vias dans un PCB HDI conduisent aux constructions d'empilement standard montrées ci-dessous.

À partir de là, vous pouvez déjà voir les affectations de couches dans les empilements de PCB HDI impliquant des vias aveugles, enterrés, de base, traversants et, dans certains cas, sautés.

Associez le HDI Stack-Up à un package BGA

Les vias aveugles et enterrées sont normalement sélectionnés en fonction du besoin de routage entrant/sortant d'un package particulier, normalement un BGA. Ils sont choisis lorsque les vias traversants mécaniquement percés nécessiteraient des diamètres excessivement grands et ne pourraient pas s'insérer sous un package BGA sans violer les espacements cuivre à cuivre.

Par exemple, dans l'empreinte BGA STM32 présentée dans la vidéo ci-dessous, vous avez l'option d'utiliser des vias traversants ou des vias aveugles et enterrés pour le routage en éventail. Si des vias aveugles et enterrés sont utilisés, le nombre de couches peut être maintenu plus bas, et cela peut rendre la conformité avec les tolérances de gravure plus simple. Cependant, si les tolérances de gravure le permettent, vous pourriez utiliser des vias traversants plus grands lorsque le stack-up a déjà un nombre élevé de couches.

Dimensionnement de vos vias aveugles et enterrés

Une fois que vous avez déterminé que les vias aveugles et enterrés sont la meilleure option pour le routage en éventail et que vous avez déterminé le stack-up approprié, vous devrez dimensionner le diamètre du trou et la taille du pad pour les vias aveugles et enterrés.

Les tailles de trous et de pastilles utilisées pour les vias aveugles et enterrés sont sélectionnées en fonction de l'épaisseur de la couche diélectrique. L'objectif est de maintenir un petit rapport d'aspect (rapport du diamètre du trou à l'épaisseur). Vous devrez également choisir le diamètre du trou en fonction du processus utilisé pour placer les vias dans le circuit imprimé :

• Le perçage mécanique peut être utilisé jusqu'à 6 mils et peut être utilisé pour tout diélectrique de PCB.
• Le perçage laser peut être utilisé en dessous de 6 mils et ne peut être utilisé que sur des diélectriques spécifiques.

Idéalement, gardez le rapport d'aspect en dessous de 2 pour les vias aveugles et enterrés individuels, et idéalement gardez le rapport d'aspect à 1 ou moins si vous empilez des vias aveugles et enterrés jusqu'à des nombres de couches élevés (3 couches ou plus). À moins que vous ne construisiez un design exotique, vous pourriez être amené à décaler vos vias aveugles et enterrés à un certain moment. Assurez-vous de vérifier l'empilement et les affectations de via avec votre maison de fabrication HDI pour garantir que la carte puisse être produite avec succès.

Quel diélectrique devrait être utilisé ?

Lorsque des microvias percés au laser sont nécessaires dans votre conception, alors des pré-imprégnés (prepregs) perforables au laser seront nécessaires pour les couches de construction extérieures de l'empilement HDI. Les pré-imprégnés perforables au laser existent en de nombreuses variétés et formulations de résine, et ils sont construits avec de nombreux styles possibles de tissage de verre. Ces types de matériaux sont discutés par Happy Holden dans cet article lié.

L'article que j'ai lié ci-dessus contient l'image suivante préparée par Happy. Cette image montre les styles de tissage de verre possibles utilisés dans les pré-imprégnés standards et les pré-imprégnés perforables au laser utilisés pour les empilements de couches HDI.

En fonction de ces matériaux disponibles et de la taille de via que vous ciblez pour le routage de fanout, vous pouvez alors trouver un matériau diélectrique disponible commercialement pour les couches de construction HDI qui a une valeur d'épaisseur acceptable. L'épaisseur peut être choisie en fonction de la plage de rapport d'aspect que vous souhaitez atteindre pour vos vias aveugles et enterrés. Cela complète essentiellement votre empilement de couches pour un PCB HDI, et la seule étape restante sera de concevoir des lignes de transmission pour toutes les interfaces à haute vitesse.

Résumé

Les vias aveugles et enterrés sont un grand facilitateur de nombreux produits avancés, mais la sélection des vias aveugles et enterrés tourne autour d'autres décisions d'ingénierie importantes. Des aspects tels que le pas des balles ou des pads dans les boîtiers de composants et le nombre total de couches nécessaires dans la conception sont certains des facteurs qui vont influencer la taille des vias aveugles et enterrés. Si des vias aveugles et enterrés sont nécessaires, vous pouvez envisager le processus suivant pour les dimensionner et les associer à une épaisseur de couche :

1. Estimez le nombre de couches en fonction du nombre de broches dans les BGA ou les connecteurs de haute densité.
2. Sélectionnez une empilement HDI standard et des épaisseurs de couches.
3. En fonction du pas de pad ou de balle le plus dense, déterminez la taille du pad et du trou nécessaire pour les vias aveugles et enterrés.
4. En fonction du diamètre du trou, déterminez si le perçage au laser est nécessaire et sélectionnez un matériel compatible qui atteint l'objectif d'épaisseur.

Cela complète le processus pour aligner les tailles de vos vias aveugles et enterrés avec les matériaux de votre empilement tout en assurant la fiabilité.

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