De l'HDI à l'Ultra HDI : Structure des vias dans la conception de PCB

Si vous avez travaillé avec la technologie HDI (Interconnexion Haute Densité), vous avez probablement remarqué que l'industrie repousse les limites du possible. Les conceptions HDI traditionnelles se sont appuyées sur des microvias percés au laser d'environ 4 mils de taille, avec des diamètres de pad de capture typiquement 8–10 mils plus grands. Mais la technologie ne reste jamais immobile, et maintenant l'Ultra HDI porte les choses à un tout autre niveau, redéfinissant la structure et la densité des vias de manière auparavant inimaginable.

Ultra HDI : Réduction de la taille

La technologie Ultra HDI vise à pousser les tailles des caractéristiques des cartes de circuits imprimés à l'extrême, et cela inclut non seulement les pistes mais aussi les microvias. Nous regardons maintenant des tailles de via aussi petites que 2 mils, avec des pads de capture minimum absolus de 6 mils—bien que 8 mils reste un point idéal pour la fiabilité. Pour mettre cela en perspective, cela signifie que vous pouvez avoir un via de 75 microns avec un pad de capture de 8–10 mils, réduisant considérablement l'empreinte de votre PCB et permettant l'utilisation de composants à haute densité.

Pourquoi cela est-il important ? Parce qu'à mesure que les dispositifs électroniques deviennent plus complexes et compacts, la demande pour des densités d'interconnexion plus élevées continue de croître. L'Ultra HDI rend possible le fait de rassembler plus de fonctionnalités dans des espaces plus petits sans sacrifier la fiabilité. C'est un changement de jeu pour les industries qui repoussent les limites de la miniaturisation, telles que l'aérospatiale, les dispositifs médicaux et l'informatique haute performance.

La technologie derrière l'Ultra HDI

Alors, qu'est-ce qui rend l'Ultra HDI possible ? La réponse réside dans la technologie de construction avancée, les matériaux ultra-fins et les techniques précises de remplissage de via.

Tout d'abord, parlons de la technologie de superposition. L'Ultra HDI repose sur des couches diélectriques incroyablement fines et du feuillard de cuivre ultra-mince (par exemple, un poids de cuivre de 1/4 oz./pied carré) pour atteindre ses tolérances serrées. Ces matériaux fins permettent la fabrication de caractéristiques plus fines avec des tolérances plus serrées que la gravure plus grossière, ce qui aide à maintenir l'intégrité du signal sur des couches minces. La clé pour réussir cela est de garder le rapport d'aspect des vias (rapport épaisseur du matériau sur diamètre du via) en dessous de 1:1. Par exemple, si vous concevez un via de 2 mils, votre couche diélectrique doit être inférieure à 2 mils d'épaisseur. Cela signifie généralement travailler avec des diélectriques de 35 microns ou même de 25 microns. Un via légèrement plus grand de 3 mils pourrait permettre un diélectrique de 2 mils, mais dans tous les cas, la précision est critique.

Ensuite, il y a le défi de remplir les vias enterrés dans les couches internes ultra-HDI. À ces échelles, le remplissage des vias enterrés décalés avec de la résine n'est tout simplement pas une option fiable car les résines des matériaux PCB auront du mal à remplir l'espace ouvert dans un via enterré. Au lieu de cela, les vias doivent être remplis de cuivre pour garantir une performance électrique fiable et une intégrité structurelle. Les vias remplis de cuivre améliorent l'intégrité du signal et la performance thermique, qui sont tous deux cruciaux pour les applications haute fréquence et les conceptions avec des contraintes d'espace extrêmes. En éliminant les poches d'air et en améliorant la conductivité, le remplissage de cuivre aide à rendre l'Ultra HDI fiable.

Impact de l'Ultra HDI sur les Structures de Via

L'un des plus grands avantages de l'Ultra HDI est la capacité de consolider le routage des traces pour les signaux à haute vitesse dans un nombre plus petit de couches. Par exemple, une conception HDI qui nécessitait une largeur de trace minimale de 2 mil et un diamètre de via minimal de 4 mil peut atteindre une densité beaucoup plus élevée en tant que conception ultra-HDI avec une trace de 1 mil de largeur et un diamètre de via de 2-3 mil. Avec des vias plus petits et des couches diélectriques plus minces, les concepteurs peuvent router plus de traces par pouce carré dans un composant à haute densité avec des largeurs de trace plus fines à la même impédance que sur des couches plus épaisses.

De plus, l'Ultra HDI améliore la distribution de puissance et la gestion thermique. L'utilisation de vias remplis de cuivre améliore la dissipation de la chaleur, ce qui est essentiel pour les applications à haute puissance. Les structures de via plus petites réduisent également la capacitance et l'inductance parasites, conduisant à de meilleures performances dans les conceptions à haute vitesse et RF. En conséquence, les industries nécessitant une performance de signal précise, telles que les télécommunications et l'informatique avancée, adoptent rapidement l'Ultra HDI pour répondre à leurs besoins en évolution.

L'impact sur les structures de via est profond. Les vias traversants traditionnels et même les microvias conventionnels ne sont plus suffisants pour les conceptions de nouvelle génération. L'Ultra HDI permet des structures de via empilées et décalées avec des pas plus serrés, améliorant l'interconnectivité des couches et la flexibilité de conception. Cela permet une utilisation plus efficace de l'espace disponible sur le circuit imprimé et améliore la fiabilité dans les applications critiques.

Planification précoce et partenariat de fabrication

La technologie Ultra HDI est excitante, mais elle introduit également de nouvelles complexités. Avec des tolérances aussi serrées et des matériaux avancés, la fabrication n'est pas quelque chose que l'on peut tenir pour acquis. C'est pourquoi une collaboration précoce avec votre fabricant de PCB est essentielle.

La conception pour l'Ultra HDI ne se limite pas à réduire la taille des vias ; il s'agit de s'assurer que l'ensemble du processus, de la sélection des matériaux aux techniques de fabrication, est optimisé pour le succès. Travailler étroitement avec votre fabricant pendant la phase de conception aide à identifier les obstacles potentiels avant qu'ils ne deviennent des problèmes coûteux. Étant donné la précision requise, même de petits ajustements en amont peuvent éviter de gros problèmes plus tard.

Pousser la technologie à ce niveau peut entraîner des coûts de fabrication supplémentaires. Mais une approche proactive peut aider à atténuer ces dépenses. En vous associant avec votre fabricant dès le début, vous pouvez vous assurer que les optimisations de processus sont en place, réduisant le risque de redesigns coûteux et améliorant la fabricabilité globale.

Si vous travaillez sur des conceptions qui exigent une densité plus élevée, une meilleure intégrité du signal et des performances de premier ordre, l'Ultra HDI pourrait être la solution que vous recherchez. Mais souvenez-vous, le succès avec l'Ultra HDI commence par la planification. Engager un fabricant expérimenté tôt dans le processus peut faire toute la différence entre un design qui fonctionne et un qui nécessite une retravaillance coûteuse.