Qu’est-ce qu’un circuit imprimé HDI ? Un circuit imprimé HDI (High-Density Interconnect Printed Circuit Board) est un type de circuit imprimé à interconnexion haute densité. HDI signifie « High Density Interconnect » (interconnexion haute densité). Les circuits imprimés HDI permettent d’obtenir un câblage plus dense et des dimensions plus petites grâce à des techniques de fabrication et des méthodologies de conception avancées. Par rapport aux circuits imprimés conventionnels, la caractéristique la plus importante des circuits imprimés HDI réside dans leur capacité à obtenir des configurations de circuits et des interconnexions à plus haute densité.
Caractéristiques et technologies essentielles du HDI
Technologie Microvia : il s’agit de la caractéristique fondamentale du HDI.
Perçage au laser : utilise principalement des lasers UV ou CO₂ pour percer des microvias (Microvia) d’un diamètre généralement inférieur à 150 µm (généralement 50-100 µm) à travers des couches diélectriques extrêmement fines.
Viases aveugles/enfouies : la technologie HDI utilise largement les viases aveugles (qui relient les couches externes et internes sans traverser toute la carte) et les viases enfouies (qui relient uniquement les couches internes sans s’étendre aux couches externes). Cela libère considérablement l’espace de la couche superficielle pour le routage.
Viases empilées/décalées : pour connecter des couches supplémentaires, la technologie HDI utilise des viases empilées (plusieurs micro-trous empilés verticalement) ou décalées (plusieurs micro-trous disposés selon un motif décalé). Le processus de viases empilées est plus complexe et plus coûteux, mais offre des chemins d’interconnexion plus courts.
Lignes fines et espacement : la largeur des lignes et l’espacement sont considérablement réduits, généralement en dessous de 100 µm (généralement 50 à 75 µm ou moins). Des techniques de photolithographie plus avancées, telles que le processus semi-additif (mSAP), sont utilisées pour obtenir des dimensions de lignes aussi fines.
Densité de routage élevée : la combinaison de micro-vias et de lignes fines augmente considérablement le nombre de conducteurs pouvant être routés par unité de surface, ce qui permet des interconnexions à haute densité pour les circuits complexes.
Matériaux diélectriques minces : l’utilisation de stratifiés revêtus de cuivre (CCL) et de préimprégnés haute performance plus minces (par exemple, ≤ 50 µm), ainsi que de feuilles de cuivre à profil bas, constitue la base pour obtenir des structures intercouches ultra-minces et des traces fines.
Augmentation du nombre de couches et interconnectivité entre toutes les couches : les cartes HDI s’adaptent facilement à un nombre de couches plus élevé (8 couches ou plus étant courantes). La technologie de pointe ELIC (Any Layer Interconnect) permet des connexions microvia entre toutes les couches, offrant une flexibilité de conception maximale.
Finitions de surface avancées : telles que ENEPIG (Electroless Nickel Electroplated Palladium Gold), argent chimique, étain chimique et OSP, pour répondre aux exigences de fiabilité de soudage des pastilles à haute densité et des composants à pas fin.
Avantages des circuit imprimé HDI:
Les cartes HDI utilisent des vias micro-aveugles et des vias enterrés pour obtenir un empilement multicouche à haute densité, ce qui améliore considérablement la densité de routage. Les ouvertures à micro-pas et le perçage laser de haute précision garantissent des connexions précises entre les circuits, minimisant les chemins de signal pour réduire les pertes de signal et la diaphonie, préservant ainsi l’intégrité du signal.
Utilisation optimisée de l’espace
La technologie HDI permet d’économiser de l’espace sur les circuits imprimés grâce à des vias aveugles et enterrés, ce qui facilite la conception d’appareils compacts et légers qui répondent aux exigences strictes des produits électroniques modernes en matière de taille et de poids.
Garantie d’une transmission de signaux à haut débit
L’utilisation de matériaux à faible constante diélectrique et de structures stratifiées optimisées minimise le retard des signaux, améliorant ainsi la stabilité et la fiabilité de la transmission de signaux à haut débit.
Haute fiabilité et durabilité
Le laminage multicouche et la fabrication de précision garantissent la robustesse structurelle, s’adaptant à des environnements opérationnels complexes et prolongeant la durée de vie des produits.
Flexibilité de conception améliorée
Prend en charge des conceptions de circuits plus complexes et l’intégration fonctionnelle, répondant ainsi aux exigences de produits électroniques diversifiés et hautement performants.
Structure stratifiée des circuit imprimé HDI:
Circuit imprimé monocouche (circuit imprimé monocouche à 6 couches, structure stratifiée : (1+4+1))
Ce type de carte HDI présente la structure la plus simple, car les cartes multicouches internes ne contiennent pas de vias enterrés, ne nécessitant qu’un seul laminage pour terminer le processus de fabrication. Bien que classée comme un stratifié monocouche, son processus de fabrication ressemble beaucoup à la procédure de laminage unique des cartes multicouches conventionnelles. La principale différence réside dans les étapes suivantes, qui comprennent le perçage au laser de vias aveugles et d’autres opérations.
Comme cette structure stratifiée ne comporte pas de vias enterrés, les deuxième et troisième couches peuvent être fabriquées comme une seule carte centrale, tandis que les quatrième et cinquième couches forment une autre carte centrale pendant la fabrication. Ensuite, des couches diélectriques et une feuille de cuivre sont ajoutées aux couches extérieures, suivies d’une couche diélectrique intermédiaire avant de subir une stratification en une seule passe. Cette méthode est remarquablement simple et offre des coûts inférieurs à ceux des cartes stratifiées en une seule passe classiques.
Carte de circuit imprimé stratifiée à couche unique (stratifié à six couches avec une structure empilée (1+4+1))
La structure de ces cartes HDI est généralement désignée par (1+N+1), où N ≥ 2 et N est un nombre pair. Cette conception représente la structure stratifiée à couche unique dominante dans l’industrie actuelle, caractérisée par des cartes multicouches internes avec des vias enterrés qui nécessitent une stratification secondaire pour être achevées.
Au-delà des vias aveugles, ce stratifié monocouche intègre des vias enterrés. La conversion de ces cartes HDI en stratifiés monocouches de classe I plus simples serait avantageuse tant pour les fournisseurs que pour les clients. De nombreux clients ont adopté des recommandations visant à optimiser les empilements de stratifiés monocouches conventionnels de classe II pour les rendre équivalents à ceux de classe I.
Circuit imprimé HDI conventionnels à double empilement (circuit imprimé HDI à double empilement à 8 couches, structure empilée : (1+1+4+1+1))
La structure de ce circuit imprimé HDI est (1+1+N+1+1), où N≥2 et N est un nombre pair. Elle représente la norme industrielle actuelle pour les conceptions à double empilement, avec des vias enterrés dans le circuit imprimé multicouche qui nécessitent trois processus de laminage pour être réalisés. La principale caractéristique de cette conception est l’absence de vias empilés, ce qui se traduit par une complexité de fabrication à des niveaux standard. L’optimisation du placement des vias enterrés des couches (3-6) à (2-7) permettrait d’éliminer un processus de laminage, ce qui rationaliserait la production et permettrait de réduire les coûts.
Circuit imprimé HDI empilés secondaires conventionnels (circuit imprimé HDI empilé secondaire à 8 couches, structure empilée : (1+1+4+1+1))
La structure de ce type de circuit imprimé HDI est (1+1+N+1+1), où N≥2 et N est un nombre pair, constituant une structure de circuit imprimé empilé secondaire. Néanmoins, en positionnant les vias enterrés entre les couches (2-7) plutôt qu’entre les couches (3-6), cette conception optimise la carte HDI à double empilement, qui nécessiterait autrement un triple laminage, en un processus de double laminage.
Un autre défi de fabrication réside dans la présence de vias aveugles sur les couches (1-3), qui doivent être séparés en vias aveugles sur les couches (1-2) et (2-3) pour la fabrication. Plus précisément, les vias aveugles internes de la couche (2-3) nécessitent un processus de remplissage des vias, ce qui signifie que les vias aveugles internes du stratifié secondaire doivent être produits selon cette méthode.
En général, les cartes HDI utilisant le remplissage des vias entraînent des coûts et une complexité de fabrication nettement plus élevés que celles qui n’utilisent pas ce processus. Par conséquent, pour les cartes laminées double couche conventionnelles, il est conseillé d’éviter les conceptions à trous empilés pendant le processus de conception. Au lieu de cela, les trous borgnes (1-3) doivent être convertis en trous borgnes décalés (1-2) et en trous borgnes enfouis (2-3). Les concepteurs expérimentés utilisent souvent cette approche de conception simplifiée pour réduire les coûts de fabrication.
HDI laminé secondaire avec conception d’empilement aveugle/via, comportant des vias aveugles empilés au-dessus de vias enterrés (couches 2-7). (HDI laminé secondaire à 8 couches avec structure d’empilement : (1+1+4+1+1))
La structure de ces cartes est (1+1+N+1+1), où N≥2 et est un nombre pair, ce qui représente une caractéristique de conception courante pour certaines cartes laminées secondaires dans l’industrie. Ces cartes intègrent des vias enfouis dans les sections multicouches internes, ce qui nécessite un laminage secondaire pour être achevées. Leurs principales caractéristiques comprennent une conception à vias empilés et une conception à vias aveugles intercouches.
De plus, cette conception nécessite d’empiler des vias aveugles au-dessus des vias enterrés sur les couches (2-7), ce qui augmente la complexité de la fabrication. En positionnant les vias enterrés sur les couches (2-7), une seule étape de stratification peut être éliminée, ce qui optimise le processus de production et permet de réduire les coûts.
Conception de vias aveugles intercouches dans un HDI stratifié secondaire (carte HDI stratifiée secondaire à 8 couches, structure empilée : (1+1+4+1+1))
Ces structures, caractérisées par une configuration (1+1+N+1+1) (où N≥2 et est un nombre pair), représentent l’une des cartes laminées secondaires les plus difficiles à fabriquer actuellement dans l’industrie. Cette conception intègre généralement des vias enterrés entre les couches (3-6) d’une carte multicouche interne, ce qui nécessite un processus de triple laminage pour être achevée. Le principal défi réside dans la conception des vias borgnes intercouches, qui augmente la complexité de la fabrication.
Par conséquent, les fabricants de circuit imprimé HDI qui ne disposent pas des compétences techniques spécifiques ont souvent du mal à produire de tels circuits imprimés stratifiés secondaires. L’optimisation des vias borgnes intercouches entre les couches (1-3) en les divisant en vias borgnes de couches séparées (1-2) et (2-3) — en adoptant une approche décalée plutôt que des vias empilés — permettrait de réduire considérablement les coûts de fabrication et de rationaliser les processus de production.
Facteurs influençant le prix des circuit imprimé HDI :
Nombre de couches et coût
Le nombre de couches d’un circuit imprimé est un facteur déterminant de son prix. Un nombre de couches plus élevé nécessite des processus de fabrication plus complexes, ce qui entraîne une augmentation des coûts. Par exemple, les circuit imprimé HDI courants de 4 à 8 couches coûtent généralement entre 300 et 800 yuans par mètre carré. Les cartes multicouches de plus de 10 couches peuvent dépasser 1 000 yuans par mètre carré. En général, plus le nombre de couches est élevé, plus le prix de base des circuits imprimés est élevé.
Largeur des pistes, espacement et taille des microvias
La largeur des pistes, l’espacement et les dimensions des microvias ont une incidence significative sur le prix des circuits imprimés HDI. Lorsque la largeur et l’espacement des pistes atteignent des spécifications plus petites, telles que 2,5/2,5 mil, la complexité accrue de la fabrication entraîne des coûts plus élevés par rapport aux configurations standard de 3/3 mil. De plus, des diamètres de microvias plus petits augmentent proportionnellement les coûts de production.
Par exemple, les vias de moins de 0,25 mm entraînent généralement des frais supplémentaires de la part de la plupart des fabricants de circuits imprimés, car la profondeur de pénétration de la mèche de perçage est considérablement réduite à chaque passage, ce qui diminue l’efficacité de la production. Les microvias sont généralement traités au laser, avec des dimensions de perçage typiques allant de 3 à 5 mil, où 4 mil représente une taille standard de conception et de production.
Quantité commandée
La quantité commandée constitue un facteur déterminant qui influe sur le prix des circuit imprimé HDI. La production de masse tire parti des économies d’échelle pour réduire les coûts unitaires. En général, les volumes de commande plus importants permettent d’obtenir des coûts unitaires plus bas. Le prototypage en petites séries entraîne généralement des coûts plus élevés, car les frais fixes tels que les frais d’ingénierie (environ 300 à 500 yens) et les frais de film (100 yens par couche) doivent être répartis sur un nombre d’unités moins important. En revanche, les commandes en gros volumes peuvent bénéficier de réductions de prix de 10 à 30 %.
