Directives de mise en page HDI

L'interconnexion haute densité (HDI) peut être considérée comme une innovation des cartes de circuits imprimés (PCB) traditionnelles. La raison en est que HDI fait que de nombreux systèmes ont un nombre élevé de composants et un nombre net élevé. Les applications de HDI incluent les smartphones, les ordinateurs puissants, les équipements de mise en réseau, l'aérospatiale, etc. Afin d'atteindre l'objectif de regrouper davantage de composants sur une petite carte, les concepteurs doivent relever les défis suivants :

  • L'espace de travail limité du tableau
  • Comment obtenir des empreintes de composants plus petites
  • Les problèmes d'espacement dense entre les composants et d'autres caractéristiques physiques
  • L'augmentation du délai de propagation du signal causé par des traces plus longues
  • Plus d'itinéraires de trace
  • Plus de composants de chaque côté de la carte

Les empreintes des composants font référence aux modèles sur la disposition du circuit imprimé qui indique l'emplacement des composants qui seront soudés lors de l'assemblage. Les concepteurs essaient de réduire l'encombrement des composants pour réduire l'espace occupé. Selon IPC-7351, les empreintes sont généralement divisées en trois catégories :

  • Niveau de densité A : il convient aux produits à faible densité et occupe plus de surface de carte que les deux autres
  • Niveau de densité B : il convient aux produits avec un niveau de densité de composants modéré
  • Densité Niveau C : il est destiné au HDI et prend moins de place que les deux autres

L'IDH avec de petites empreintes

Figure 1 : L'IDH avec de petites empreintes

Pour une disposition HDI, les concepteurs incluent généralement les fonctionnalités suivantes pour s'adapter aux composants à pas fin :

  • Microvias
  • Traces plus fines
  • Nombre de couches plus élevé
  • Niveaux de signal inférieurs

Selon les exigences de conception de HDI, les microvias qui sont percés mécaniquement ou au laser peuvent être soit décalés, soit empilés. Ces différentes configurations de vias sont principalement destinées aux composants Ball Grid Array (BGA) avec des pas différents. De plus, le choix des vias détermine la durée, les étapes et le coût du procédé. Quant aux pistes plus fines, elles permettent une densité de pistes plus élevée pour établir une connexion entre les vias et chaque couche. Comparé aux cartes PCB traditionnelles, le nombre de couches HDI peut atteindre 30 couches ou même plus. Afin d'éviter les décharges électrostatiques causées par l'intensité élevée du champ entre les lignes adjacentes et l'augmentation excessive de la température dans les conducteurs, le HDI n'est pas utilisé pour la haute tension ou le courant élevé. Dans l'ensemble, lors de l'optimisation des coûts et de la fabrication, toutes ces caractéristiques doivent être prises en compte.

Microvias dans la disposition HDI

Figure 2 : Microvias dans la disposition HDI

Dans le processus de conception de la configuration HDI, la sélection des composants prend du temps car les composants montés sur la carte déterminent la largeur de trace, les exigences de trace, la taille de perçage et l'empilement. L'optimisation entre la surface disponible limitée sur l'IDH et le nombre de couches fournira la taille de composant idéale car la plus petite surface utilisable limite la taille des empreintes de composants et les composants à pas fin nécessitent plus de couches pour le routage. Si le placement des composants est incorrect, cela affectera le fonctionnement et l'efficacité de la carte. Aucune capacité ou inductance EMI et parasite ne doit se produire entre les broches ou les pastilles adjacentes. Ainsi, avant de placer les composants sur le PCB, la possibilité d'amélioration de l'intégrité du signal doit être étudiée en conséquence. De plus, le placement des composants affecte également les emplacements des vias. Par conséquent, si les positions des vias ne sont pas symétriques, l'ensemble du circuit imprimé recevra des forces inégales, ce qui peut même affecter la résistance du circuit imprimé. Les quatre facteurs suivants déterminent le choix des composants HDI :

  • Disponibilité
  • Traçabilité
  • Performance
  • Modèle emballé ou terrestre

Les boîtiers CMS à faible encombrement sont une option pour les résistances et les condensateurs en HDI. Mais les composants tels que les transformateurs, les résonateurs à cristal de quartz, les résonateurs en céramique, les filtres, etc. ne sont pas disponibles dans ces styles de boîtiers extrêmement petits. Les packages BGA sont une autre option pour HDI. Les broches sont situées sous la surface des composants, la consommation d'espace de ces composants est réduite.

Boîtiers SMD en HDI

Figure 3 : packages CMS dans HDI

Forfaits BGA en HDI

Figure 4 : packages BGA en HDI

 

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Référence:

https://www.protoexpress.com/blog/choosing-smaller-footprints-hdi-design/

https://resources.altium.com/p/how-to-pack-more-complexity-into-a-smaller-footprint-using-hdi

https://www.nwengineeringllc.com/article/hdi-layout-guidelines-for-your-next-pcb.php