Exploration des processus semi-additifs (SAP) dans la fabrication de PCB Ultra HDI

Tara Dunn
|  Créé: Septembre 25, 2024
SAP dans la fabrication de PCB Ultra HDI

Alors que la technologie des PCB continue d'évoluer, de nouvelles techniques de fabrication comme la fabrication de PCB à interconnexion ultra-haute densité (UHDI) ouvrent des possibilités incroyables. Parmi les avancées les plus transformatrices figurent les processus semi-additifs (SAP) et les processus semi-additifs modifiés (mSAP), qui permettent de créer des pistes et des espaces plus fins que ce que l'érosion soustractive traditionnelle peut réaliser. Ces innovations repoussent les limites de la conception des PCB, rendant possible la fabrication de circuits complexes avec une précision sans précédent.

Dans le contexte de la fabrication des PCB, les processus semi-additifs (SAP) offrent une alternative aux méthodes soustractives traditionnelles en permettant des pistes et des espaces auparavant inatteignables—bien en dessous du seuil de 2 mils possible avec l'érosion soustractive. Les processus SAP permettent aux fabricants d'ajouter du matériel conducteur, comme le cuivre, pour former des circuits plutôt que de l'éroder. Cette technique, associée à des matériaux avancés, ouvre la porte à des tailles de caractéristiques ultra-fines qui soutiennent la prochaine génération d'électroniques, y compris des dispositifs miniaturisés à haute performance.

Avantages clés des processus semi-additifs dans la fabrication des PCB

Miniaturisation extrême

L'une des opportunités les plus excitantes avec les technologies SAP et mSAP est la capacité à réduire drastiquement l'empreinte des PCB. Avec des dimensions de pistes et d'espaces se réduisant à des niveaux sub-microniques, les concepteurs peuvent diminuer de manière significative la taille du système électronique global ou, alternativement, utiliser l'espace libéré pour intégrer des composants supplémentaires, tels que des batteries plus grandes ou des fonctionnalités améliorées. Cela est particulièrement critique pour les dispositifs où l'espace est précieux, comme les smartphones, les dispositifs portables et les dispositifs IoT.

Simplification des couches et efficacité de routage améliorée

Un autre avantage significatif de ces processus est la réduction potentielle du nombre de couches requises dans une conception de PCB. Pour les composants avec des réseaux de billes à pas serré (BGAs) ou même des conceptions standards, la capacité à router des signaux complexes sur moins de couches peut réduire à la fois le coût et la complexité. Moins de couches signifie également moins de micro-vias et de cycles de stratification, conduisant à des temps de fabrication plus courts et à des rendements globaux plus élevés. La capacité à simplifier la structure des couches tout en maintenant ou en améliorant la fonctionnalité représente un énorme avantage en termes de fiabilité et de performance.

Intégrité du signal améliorée et précision

Alors que la miniaturisation et la réduction du nombre de couches sont des avantages tangibles, les processus SAP améliorent également de manière significative la performance électrique. L'une des améliorations les plus critiques est dans l'intégrité du signal. Parce que les processus semi-additifs reposent sur des techniques d'imagerie précises plutôt que sur le processus d'attaque chimique soustractif plus large, ils permettent un contrôle plus fin de la largeur et de l'espacement des pistes. Cela résulte en un contrôle d'impédance plus serré et une réduction de la dégradation du signal, rendant ces technologies idéales pour les applications numériques à haute vitesse et RF.

Semi-Additif vs. Soustractif : Un bref aperçu

Les processus traditionnels de gravure soustractive commencent avec un stratifié revêtu de cuivre, et le motif du circuit est formé en éliminant le cuivre indésirable. Le processus, bien qu'efficace, a des limitations dans la réalisation de pistes et d'espaces fins en raison de l'épaisseur du cuivre et des méthodes de gravure utilisées.

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En contraste, les processus semi-additifs commencent avec une couche très mince de cuivre ou pas de cuivre du tout dans le cas des méthodes purement additives. Le cuivre est ensuite ajouté sélectivement pour créer le motif désiré, avec seulement une fine couche de base nécessitant un retrait. Cette précision permet d'obtenir des caractéristiques beaucoup plus fines, avec des pistes aussi étroites que 25 microns (ou moins), selon les capacités d'imagerie du fabricant.

Processus Semi-Additifs Modifiés (mSAP)

Les processus semi-additifs modifiés (mSAP) sont une extension des SAP, souvent utilisés dans la production de masse d'électronique grand public comme les smartphones. La principale différence réside dans la couche de cuivre de départ : le mSAP commence avec une feuille légèrement plus épaisse, conduisant à des profils de pistes légèrement moins raffinés. Bien que le mSAP permette d'obtenir d'excellentes tailles de caractéristiques, elles se situent généralement dans la gamme de 30 microns pour les traces/espaces, avec des traces ayant une forme plus trapézoïdale en raison de la couche de cuivre de départ plus épaisse.

Malgré ces différences, le mSAP permet toujours d'obtenir des caractéristiques beaucoup plus fines que les méthodes soustractives traditionnelles et est considéré comme un pont entre les PCB standard et les techniques de fabrication avancées au niveau du substrat. Cette approche est cruciale dans les applications sensibles aux coûts et de grande volume.

Les PCB de type substrat (SLP) et l'avenir de l'UHD HDI

Un terme fréquemment utilisé dans ce domaine est "PCB de type substrat" (SLP), qui fait référence aux cartes de circuits imprimés construites avec des processus additifs ou semi-additifs. Les SLP permettent des capacités de fines caractéristiques qui approchent la précision des substrats de semi-conducteurs mais sur des panneaux de PCB beaucoup plus grands. Cela est particulièrement avantageux pour les applications nécessitant une miniaturisation sans sacrifier les avantages de coût et d'évolutivité de la fabrication traditionnelle de PCB.

Flux de processus typique pour SAP et mSAP

Pour les SAP et mSAP, le flux de processus suit des étapes similaires :

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  1. Application de photorésist – Une couche de photorésist est appliquée pour définir le motif du circuit.
  2. Imagerie du photorésist – Le photorésist est exposé à la lumière UV, ce qui définit les zones où le cuivre sera ajouté.
  3. Placage de cuivre électrolytique – Du cuivre supplémentaire est plaqué sélectivement sur les zones dessinées.
  4. Élimination du photorésist – Le photorésist restant est éliminé, laissant derrière lui les traces de cuivre.
  5. Gravure – Pour le mSAP, la couche de semence de cuivre est gravée pour compléter le processus, tandis que le SAP nécessite seulement une gravure minimale.

Étant donné que le SAP commence avec une couche de cuivre ultra-mince (aussi mince que 1,5 micron ou moins), les traces finales ont des parois latérales verticales, permettant des caractéristiques extrêmement fines, tandis que le mSAP laisse généralement des traces avec des profils plus trapézoïdaux en raison de sa couche de cuivre de départ plus épaisse.

Partenariat avec votre fabricant de PCB pour le succès

La clé pour tirer parti de ces méthodes de fabrication avancées réside dans une collaboration étroite avec votre fabricant de PCB. Comme le note John Johnson, Directeur de la Qualité chez American Standard Circuits, « Les concepteurs doivent collaborer avec les fabricants pour comprendre pleinement les compromis et les capacités des différents processus semi-additifs. Une approche du type 'cela dépend' aux règles de conception est courante, et travailler ensemble assure une performance optimisée, une fabricabilité et un coût, permettant aux concepteurs de maximiser le potentiel de la technologie ultra-HDI. » Dans cette approche collaborative, le concepteur et le fabricant jouent tous deux un rôle essentiel dans l'optimisation des conceptions pour les capacités uniques de SAP et mSAP, menant finalement à des systèmes électroniques plus efficaces, puissants et fiables.

A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Tara est une experte reconnue de l'industrie, avec plus de 20 années de collaboration avec des ingénieurs, concepteurs, fabricants, organisations d'approvisionnement et utilisateurs de cartes de circuits imprimés. Son expertise porte sur les technologies flexibles et rigides-flexibles, les technologies additives et les projets à développement court. Elle fait partie des piliers du secteur, étant capable de se mettre rapidement au courant dans une grande diversité de sujets, soutenue par son site de référence technique PCBadvisor.com. Elle contribue régulièrement aux événements industriels en tant que conférencière, avec notamment une colonne dans le magazine PCB007.com et le site Geek-a-palooza.com. Son entreprise, Omni PCB, est connue pour ses réponses rapides sous 24 heures, sa capacité à réaliser des projets sur la base de spécifications uniques : délai, technologie et volume.

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