Quels sont les facteurs affectant la sélection des interconnexions ?
La sélection des approches de conditionnement parmi les différents éléments est dictée non seulement par la fonction du système, mais également par les types de composants sélectionnés et par les paramètres de fonctionnement du système, tels que les vitesses d'horloge, la consommation d'énergie et les méthodes de gestion de la chaleur, et l'environnement. dans lequel le système fonctionnera.
Vitesse de fonctionnement
La vitesse à laquelle le système électronique fonctionne est un facteur très important facteur technique dans la conception des interconnexions. De nombreux systèmes numériques fonctionnent à près de 100 MHz et dépassent déjà ce niveau. La vitesse croissante du système impose de grandes exigences à l'ingéniosité des ingénieurs d'emballage et aux propriétés des matériaux utilisés pour le substrat PWB.
La vitesse de propagation du signal est inversement proportionnelle à la racine carrée de la constante diélectrique des matériaux de substrat, obligeant les concepteurs à connaître les propriétés diélectriques du matériau de substrat qu'ils ont l'intention d'utiliser. La propagation du signal sur le substrat entre les puces, appelée temps de vol, est directement proportionnelle à la longueur des connecteurs et doit être maintenue courte pour assurer les performances électriques optimales d'un système fonctionnant à haute vitesse.
Pour les systèmes fonctionnant à une vitesse d'environ 25 MHz, les interconnexions doivent avoir des caractéristiques de ligne de transmission pour minimiser les pertes de signal et la distorsion. Une conception appropriée de ces lignes de transmission nécessite un calcul minutieux des dimensions de séparation des conducteurs et des diélectriques et leur fabrication précise pour garantir la précision de performance attendue. Pour les PCB, il existe deux types de lignes de transmission de base 1) Stripline, 2) Microstrip.
Consommation d'énergie
Au fur et à mesure que les fréquences d'horloge des puces augmentent et que le nombre de portes par puce augmente, il y a une augmentation correspondante de leur consommation d'énergie. Certaines puces nécessitent jusqu'à 30W de puissance pour leur fonctionnement. Avec cela, de plus en plus de terminaux sont nécessaires pour alimenter et accueillir le flux de retour sur les plans de masse. Environ 20 à 20 % des terminaux à puce sont utilisés pour les connexions d'alimentation et de masse. Avec le besoin d'isolation électrique des signaux dans le fonctionnement des systèmes à grande vitesse, le nombre peut aller jusqu'à 50 %.
Les ingénieurs concepteurs doivent fournir des plans de distribution d'alimentation et de masse adéquats dans les cartes multicouches (MLB) pour assurer un flux de courant efficace et à faible résistance, ce qui peut être important dans les cartes interconnectant des puces à haute vitesse consommant des dizaines de watts et fonctionnant à 5 V, 3.3 V ou plus bas. Une bonne distribution de l'alimentation et de la masse dans le système est essentielle pour réduire les interférences de commutation di/dt dans les systèmes à grande vitesse, ainsi que pour réduire les concentrations de chaleur indésirables. Dans certains cas, des structures de jeu de barres séparées ont été nécessaires pour répondre à ces demandes de puissance élevée.
Gestion thermique
Toute l'énergie qui a été fournie pour alimenter les circuits intégrés (CI) doivent être efficacement retirés du système pour assurer son bon fonctionnement et sa longue durée de vie. L'évacuation de la chaleur d'un système est l'une des tâches les plus difficiles de l'emballage électronique. Dans les grands systèmes, d'énormes structures de dissipateurs thermiques, éclipsant les circuits intégrés individuels, sont nécessaires pour les refroidir à l'air, et certaines sociétés informatiques ont construit des superstructures géantes pour le refroidissement liquide de leurs modules informatiques. Certaines conceptions d'ordinateurs utilisent un refroidissement par immersion liquide. Pourtant, les besoins de refroidissement des grands systèmes mettent à l'épreuve les capacités des méthodes de refroidissement existantes.
La situation n'est pas si grave dans les équipements électroniques plus petits, de table ou portables, mais elle nécessite toujours des ingénieurs en emballage pour améliorer les points chauds et assurer la longévité du fonctionnement. Étant donné que les PWB sont notoirement des conducteurs thermiques de puissance, le concepteur doit soigneusement évaluer la méthode de condition thermique à travers la carte, en utilisant des techniques telles que les vias thermiques, les lingots métalliques intégrés et les plans conducteurs.
Interférence électronique
À mesure que la fréquence de fonctionnement des équipements électroniques augmente, de nombreux circuits intégrés, modules ou assemblages peuvent agir comme générateurs de signaux radiofréquence (RF). De telles émanations d'interférences électromagnétiques (EMI) peuvent sérieusement compromettre le fonctionnement de l'électronique voisine ou même d'autres éléments du même équipement, provoquant des pannes, des erreurs et des erreurs, et doivent être évitées. Il existe des normes EMI spécifiques définissant les niveaux admissibles d'un tel rayonnement, et ces niveaux sont très bas.
Les ingénieurs d'emballage, et en particulier les concepteurs de PWB, doivent être familiarisés avec les méthodes de réduction ou d'annulation de ce rayonnement EMI pour s'assurer que leur équipement ne dépassera pas les limites autorisées de cette interférence.
Environnement d'exploitation du système
Le choix d'une approche d'emballage particulière pour un produit électronique est également dicté par son utilisation finale et par le segment de marché pour lequel ce produit est conçu. Le concepteur d'emballage doit comprendre la principale force motrice derrière l'utilisation du produit. Est-ce axé sur les coûts, sur les performances ou quelque part entre les deux ? Où sera-t-il utilisé : par exemple, sous le capot d'une voiture, où les conditions environnementales sont sévères, ou au bureau, où les conditions de fonctionnement sont bénignes ? L'IPC a établi un ensemble de conditions de fonctionnement des équipements classées par degré de sévérité.
Prix
Le coût du produit est devenu le critère le plus important dans toute conception de systèmes électroniques. Tout en respectant l'ensemble des conditions de conception et d'exploitation précitées, l'ingénieur d'études doit garder le coût comme critère dominant, et doit analyser tous les arbitrages potentiels à la lumière de la meilleure solution coût/performance pour le produit.
L'importance de l'analyse rigoureuse des compromis sur les coûts lors de la conception d'un produit électronique est soulignée par le fait qu'environ 60 % des coûts de fabrication sont déterminés dans les premiers stades du processus de conception, alors que seulement 35 % de l'effort de conception total a été dépensé.
L'attention portée aux exigences et aux capacités de fabrication et d'assemblage lors de la conception du produit peut réduire les coûts d'assemblage jusqu'à 35 % et les coûts PWB jusqu'à 25 %.
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Référence
1, Manuel du circuit imprimé par Clyden F. Coombs, Fr., et Happy T. Holden