Conception de cartes de circuits imprimés miniatures

Alors que le secteur de l'électronique exige des composants de plus en plus petits, Jan Pederson examine comment cela affecte la conception des cartes de circuits imprimés

L'industrie électronique actuelle se caractérise par une forte tendance à la miniaturisation. Les composants deviennent de plus en plus petits, ce qui impose également de nouvelles exigences en matière de conception ducartes de circuits imprimés(PCB) sur lesquels ils sont montés.Groupe NCABs'engage à soutenir le travail de l'association mondiale de normalisation IPC visant à développer des normes pour les PCB ultra-dense Ultra HDI, et sera en mesure de les fournir aux clients cette année.

À l'heure actuelle, il existe plusieurs innovations et technologies émergentes dans la conception et la fabrication des PCB. Le premier estInterconnexion haute densité (HDI), qui permet une densité de composants plus élevée et des performances améliorées dans des facteurs de forme plus petits. Un autre domaine d'innovation concerne les PCB flexibles utilisés dans l'électronique flexible et portable, où l'amélioration de la durabilité et du facteur de forme sont des sujets d'intérêt.

De plus, les microvias - utilisés comme interconnexions entre les couches dans les HDI et les PCB - suscitent de plus en plus d'intérêt dans le secteur, avec des vias plus petits permettant une densité de composants plus élevée et une meilleure intégrité du signal. L'utilisation de matériaux spéciaux tels que la céramique, les composites et les nanomatériaux pour améliorer les performances et la fiabilité des PCB s'accélère également, tout comme l'empilement 3D-IC qui consiste à empiler plusieurs couches de circuits intégrés pour augmenter la densité des composants et améliorer les performances.

Pour implanter ces technologies, nous savons que les fabricants doivent investir dans de l'équipement et des processus mis à jour, ainsi que développer une main-d'œuvre qualifiée et formée à l'utilisation de ces nouvelles technologies. De plus, des outils de conception et de simulation appropriés doivent être utilisés pour s'assurer que la conception du circuit imprimé est optimisée pour ces nouvelles technologies et peut être fabriquée de manière fiable.

Nous assistons à une propagation de produits innovants qui stimulent le besoin d'IDH, comme dans les appareils portables où les PCB sont intégrés dans des appareils portables comme les montres intelligentes, les trackers de fitness et les vêtements. Dans ce cas, les PCB sont fabriqués avec des matériaux flexibles qui permettent une conception et un boîtier plus polyvalents. L'Internet des objets (IoT) en plein essor, l'intelligence artificielle (IA) et la technologie 5G sont quelques-unes des industries qui accélèrent la fabrication à un nouveau niveau. Ces technologies doivent être intégrées, la mise en œuvre implique donc une attention particulière lors de la phase de conception pour garantir des performances et une fiabilité optimales. Les techniques de conditionnement, telles que le chip-on-board (COB) et le flip-chip, ainsi que l'intégration de ces technologies directement sur unPCBpeut être qualifié de "substrat comme le PCB".

A définir comme unCarte Ultra HDI , un PCB doit avoir plusieurs caractéristiques distinctes. Tout d'abord, il doit avoir une largeur de conducteur, une distance d'isolateur et une épaisseur diélectrique inférieures à 50 µm. De plus, le PCB présentera un diamètre de microvia inférieur à 75 µm et des caractéristiques de produit qui dépassent la norme IPC 2226 niveau C existante.

Chez NCAB, un groupe spécial de notre conseil technique interne travaille pour aider nos usines à renforcer leurs capacités afin de répondre à ces exigences Ultra HDI. Une méthode importante déployée est le traitement semi-additif modifié (mSAP), où le cuivre est construit sur une fine couche initiale au lieu d'être gravé sur une couche épaisse. Ce processus est meilleur pour l'environnement car moins de cuivre est utilisé.

Le niveau de miniaturisation plus élevé nécessite également que le motif puisse être transféré sur la carte avec une résolution suffisamment élevée. En tant que telle, l'usine doit disposer de capacités d'imagerie directe laser (LDI) de pointe. De plus, l'environnement environnant doit être extrêmement propre pour éviter la contamination et la poussière, ce qui nécessite des investissements considérables. Les processus de test et l'équipement d'inspection optique automatisée (AOI) doivent également être mis à jour pour détecter et éviter les défauts potentiels des cartes. De même, vous devez examiner l'équipement et la chimie lors du cuivrage. De ce fait, la miniaturisation va générer un besoin de matériaux plus propres et plus homogènes.

Les usines de NCAB sont désormais pleinement engagées à développer leurs capacités Ultra HDI et prévoient de commencer à livrer des cartes Ultra HDI en 2023.

Pour y parvenir, NCAB dispose d'un nouvel outil pour surveiller le niveau de préparation de l'entreprise concernant l'introduction d'une nouvelle technologie, appeléeRapport de préparation aux nouvelles technologies (NTRR). Le rapport est basé sur la définition de ce que l'entreprise fera et ne fera pas avec transparence envers nos clients.

Pour ce faire, la première chose dont nous avons besoin est une connaissance interne concernant la gestion de notre usine, l'approvisionnement, l'audit et la qualification. Nous définissons nos capacités avec l'usine et, sur cette base, nous créons Design for Manufacture (DfM) et des séminaires pour les clients. Après un certain temps de leçons apprises, nous pouvons établir unAnalyses des effets du mode de défaillance(FMEA) qui est réinjecté dans notre DfM et nos séminaires mis à jour.

Pendant ce temps, nous mettons à jour notre état de préparation dans un NTRR transparent pour les clients ; Lors de l'introduction d'une nouvelle technologie, nous devons identifier les éléments de sécurité à un stade précoce et mettre à jour les enseignements tirés. Nous pouvons ensuite créer une AMDE dans laquelle nous surveillons le type de défaillance, ajoutons des tests et des inspections, puis surveillons l'occurrence, la détection et la gravité. Le but est d'augmenter le rendement et d'atteindre un niveau acceptable.

Jan Pederson est directeur de la technologie chezNCAB