Différents types de perçage dans un circuit imprimé

La décennie qui s’ouvre apportera des bouleversements importants dans notre manière de concevoir les circuits imprimés. L’impression 3D nous permettra de réaliser des structures de circuits impensables aujourd’hui. Certes, la précision et la rapidité des machines existantes n’autorisent pas la fabrication industrielle de PCB, mais je rappelle que l’aéronautique et l’astronautique emploient désormais des pièces imprimées avec cette technologie. Alors, n’en doutons pas, les limitations actuelles vont peu à peu disparaitre et des machines telles que celle-ci vont peu à peu envahir notre quotidien. A ce sujet, revoir IPC-2226 – High Speed Interconnect (HDI) Boards.

La décennie qui s’ouvre apportera des bouleversements importants dans notre manière de concevoir les circuits imprimés. L’impression 3D nous permettra de réaliser des structures de circuits impensables aujourd’hui. Certes, la précision et la rapidité des machines existantes n’autorisent pas la fabrication industrielle de PCB, mais je rappelle que l’aéronautique et l’astronautique emploient désormais des pièces imprimées  avec  cette  technologie.  Alors,  n’en  doutons  pas,  les limitations actuelles vont peu à peu disparaitre et des machines telles que celle-ci vont peu à peu envahir notre quotidien. A ce sujet, revoir IPC-2226 – High Speed Interconnect (HDI) Boards.

Depuis pas loin de trois décennies, les fabricants de PCB nous proposent des micro-perçages laser. A quoi cela correspond-il, et que pouvons nous réellement faire de plus avec cette technologie?

Le perçage laser consiste à détruire le feuillard de cuivre recouvrant la surface du PCB à l’aide d’un premier laser UV. Dans un second temps la couche d’époxy (FR4) sera sublimée par un second laser CO², cette opération sera stoppée par la couche de cuivre suivante. Et ceci au rythme d’environ 200 trous par seconde. Sachant  que  le  diamètre  du  perçage  laser  peut  être  très  fin,  la solution  idéale  semblait  accessible.  Mais  le  problème  n’est  pas  le perçage, c’est la métallisation du trou qui doit être conducteur sur toute   sa   longueur   sous   peine   de   rupture   de   continuité   des équipotentielles.

Pour  assurer  une  métallisation  convenable des trous mécaniques ou laser, les fabricants de PCB imposent un ratio tel que Profondeur de   perçage   /   Diamètre   de   perçage   soit compris dans un ratio de 12 environ pour du perçage conventionnel et de 0.666 pour un perçage laser. Traduisons:

  • Perçage     mécanique      –    PCB   épaisseur 1.6mm   =>   Diamètre   minimum   fini   : 0.133mm
  • Perçage  laser  –  PCB  épaisseur  100µ  => Diamètre minimum 150µ

La question du jour (Début 2020) est donc: Dois-je employer des vias traversant conventionnels ou laser pour mon prochain design? La réponse n’est pas si évidente…

A ce point, il est peut-être temps de revenir sur un certain nombre de faits impactant la complexité et donc le coût des PCB.

Tout d’abord, le choix des composants va avoir une influence majeure sur la technologie de perçage à utiliser, donc le type de fabrication du PCB selon IPC-2226.
Après avoir bien lu et bien sûr tout à fait compris les exigences de fabrication des PCB haute densité décrits par cette recommandation (Je rappelle ici que les “Standards IPC” ne sont absolument pas des normes et doivent être utilisés pour ce qu’ils sont, à savoir des documents de travail).

Le document ci-après, issu de IPC-2226A  nous donne de précieuses indications sur la manière dont on va pouvoir mélanger les technologies de perçages et les passes de laminage séquentiels pour réaliser des PCB à haute densité et ainsi pouvoir router les pistes arrivant sur notre circuit BGA au pas de 0,5mm.

Mais, comme d’habitude, il y a loin de la théorie à la pratique.. Et lorsque nous allons corréler ce petit schéma avec les données d’un fabricant de PCB les choses vont rapidement s’assombrir.
Prenons comme références les données issues du document ci-après représentant le possible fin 2019 chez les fabricants de PCB réellement capables de fabriquer des circuits HDI :

Difficile de s’y retrouver? Non, c’est assez simple en fait, mais il vaut mieux interpréter les données comme il faut. Tout d’abord ce fabricant a l’honnêteté d’écrire que l’empilage des vias est une technique qui représente un effort disproportionné (Comprenez pour votre bourse).

Un simple coup d’œil sur la dernière colonne du tableau suffit pour éliminer la structure de gauche sous un circuit BGA de pas inférieur à 650µm. Et nous voyons qu’avec ce pas de 650µ, le perçage mécanique traversant est même plus facilement utilisable que le perçage laser, fin 2019. En effet, il ne nécessite pas de laminage séquentiel.

Les  grandes  théories  en  prennent  un  sérieux  coup  face  à  l’arithmétique  de  cours préparatoire du poinçonneur des Lilas…

Durant notre formation sur la méthodologie et les techniques de conception avancées des PCB nous détaillons ces procédés de fabrication qui permettent aux entreprises de mieux maîtriser leurs coûts. Ce qui est possible ou impossible, et nous le chiffrons.

De plus vous découvrirez les bases du calcul des impédances des lignes de transmission, de leurs impédances et de leur adaptation en fonction de leur longueur critique, de l’intégrité du signal, de la diaphonie, et bien plus encore.

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