Analyse des erreurs courantes et des limites de processus dans la conception des vias des circuits imprimés multicouches

La fabrication réussie de circuits imprimés sur mesure nécessite non seulement des concepts de conception innovants, mais aussi une connaissance approfondie des différents procédés de fabrication des circuits imprimés multicouches de la part du fabricant. La conception des vias, en tant qu’élément crucial de Conception de circuits imprimés, est essentiel à la performance des circuits imprimés et à l'efficacité de la fabrication. Vous trouverez ci-dessous notre analyse des erreurs courantes dans la conception des vias des circuits imprimés ainsi que des limites du processus de fabrication.

Notions de base sur les vias dans circuits imprimés multicouches

Dans la conception des cartes de circuits imprimés (CCI), les vias constituent un élément essentiel. En termes simples, les vias d’une CCI sont de petits trous métallisés dans une circuit imprimé multicouche utilisés pour relier des conducteurs entre différentes couches. Ces trous assurent non seulement des connexions électriques, mais servent également de trous de fixation ou de positionnement pour les composants. En fonction du procédé de fabrication, les vias sont principalement classés en trois types : les vias borgnes, les vias enfouis et les trous traversants.

Le rôle des vias dans circuits imprimés multicouches

Raccordement électrique	Dans les circuits imprimés multicouches, les circuits situés entre différentes couches doivent être reliés par des vias. Cette méthode de connexion garantit une transmission stable du signal et réduit l'atténuation du signal ainsi que les interférences.
Fixation et positionnement des composants	Outre les connexions électriques, les vias servent également à fixer et à positionner les composants. En perçant des trous dans le circuit imprimé et en y insérant les broches des composants, ceux-ci peuvent être solidement fixés.

conformément au cahier des charges de conception pour circuits imprimés multicouches

Sur les circuits imprimés, les vias sont couramment utilisées pour relier des circuits situés à différents niveaux. Si vous ne respectez pas les spécifications relatives aux vias lors de la conception et de l'agencement du circuit imprimé, celles-ci peuvent constituer un goulot d'étranglement dans le processus de fabrication. Le respect de ces spécifications permet d'éviter les problèmes de production et de garantir la qualité et la fiabilité du circuit imprimé.

Évitez les trous borgnes	Les trous borgnes ne relient qu'une seule couche. Lorsqu'il est nécessaire de traverser plusieurs autres couches, les pièces internes doivent être alésées ou percées au laser. En raison du coût de fabrication élevé et de la complexité du processus, il convient d'éviter autant que possible les trous borgnes.
Configurez correctement la mezzanine et le crossover	Dans la conception de circuits imprimés, pour éviter les courts-circuits entre les différentes couches, il est nécessaire de définir des règles appropriées concernant les mezzanines et les vias. Les règles relatives aux vias définissent l'espacement minimal entre ceux-ci, ainsi que certains aspects à prendre en compte concernant le routage en ligne, le câblage et l'espacement des mezzanines.
Sélectionnez le type de via approprié	Lors du choix des vias, il convient de trouver un juste équilibre entre coût et fiabilité pour le consommateur. Pour les cartes les plus simples nécessitant des connexions aux deux extrémités, les vias traversants conviennent parfaitement. Pour les cartes à haute densité, on peut envisager des vias traversants, des vias aveugles et des vias encastrés.
Orifice pour pince de mise à la terre	En intégrant des solutions de mise à la terre, telles que des trous destinés à la fixation de pinces de mise à la terre, dans le schéma de montage, il est possible d'améliorer efficacement la compatibilité électromagnétique et de réduire l'accumulation d'électricité statique.

circuits imprimés multicouches peut-il être conçu dans n'importe quelle taille ?

Voyons tout d’abord comment sont réalisés les trous sur un circuit imprimé. Tout d’abord, lors de la phase de préparation des matériaux, les fabricants de circuits imprimés utilisent des machines de découpe automatiques pour découper de grands stratifiés revêtus de cuivre en substrats de dimensions spécifiques afin de répondre aux besoins de production. Ensuite, des perceuses à commande numérique (CNC) percent avec précision des trous aux emplacements désignés sur les stratifiés revêtus de cuivre. Le foret de la perceuse étant rond, il ne peut percer que des trous ronds et ne permet pas de réaliser des trous carrés.

Prendre Geyuan Electronics À titre d'exemple, les forets utilisés pour l'usinage des circuits imprimés sont des forets mécaniques, dont les dimensions varient par paliers de 0,05 mm. Leurs forets à trou rond vont de 0,15 mm à 6,30 mm, leur plus petit foret à fente mesure 0,65 mm (adapté aux fentes métallisées) et leur plus petite fraise à rainurer mesure 1,0 mm (adaptée aux fentes non métallisées). Par conséquent, lors de la conception d’un circuit imprimé, les vias ne peuvent pas être dimensionnés à n’importe quelle taille.

Conception de vias et fabrication de noyaux pour circuits imprimés multicouches analyse des limites de processus

Perçage mécanique et perçage au laser	Le diamètre minimal d'un foret mécanique est généralement de 0,3 mm ; le perçage au laser permet d'atteindre des diamètres de 0,15 mm, voire inférieurs, mais cela augmente considérablement les coûts de fabrication.
Limite du rapport d'aspect (rapport profondeur/diamètre)	Lorsque le rapport entre l'épaisseur du circuit imprimé et le diamètre du trou (rapport profondeur/diamètre) est trop élevé, plus le trou est petit, plus le placage de cuivre sur la paroi du trou est irrégulier. Lorsque la profondeur du trou dépasse 6 fois son diamètre ou que le rapport profondeur/diamètre dépasse 10:1, il est très fréquent de constater l'absence de cuivre sur la paroi du trou, la rupture du foret ou un défaut de placage. .
Espacement des trous et distance de sécurité	Si deux trous sont trop proches l'un de l'autre, la matière sera trop fine lors du perçage et le foret se cassera en raison d'une répartition inégale des contraintes. Il convient de respecter une distance de sécurité entre le bord du trou et le câblage de la couche interne ou les trous adjacents (en règle générale, la distance entre la boucle et la ligne doit être comprise entre 3 mil et 6 mil).

Erreurs courantes en matière de conception et conseils

Se lancer aveuglément dans la recherche d'ouvertures extrêmement petites	Les circuits non à haute vitesse ou les cartes multicouches classiques ne nécessitent pas l'utilisation obligatoire de microvias ou de vias aveugles enfouis d'ordre élevé, sous peine d'entraîner une baisse du rendement de production et une augmentation exponentielle des coûts.
Les vias et les pastilles peuvent être utilisés de manière interchangeable (les vias peuvent être appliqués directement sur les pastilles).	Le fait de placer des vias directement sur les pastilles des composants peut entraîner un écoulement de la pâte à souder le long des vias lors du soudage par refusion, ce qui peut se traduire par un manque de soudure, voire provoquer le phénomène dit de “ tombstone ” au niveau des composants.
Anneau trop petit	Si la largeur de l'anneau de cuivre autour de la pastille de soudure est insuffisante, cela peut facilement entraîner la rupture du trou (le cuivre à l'intérieur du trou se brise) ou le détachement de la pastille de soudure en cas de léger décalage lors du perçage.
Écart d'alignement des trous borgnes multicouches	Si la précision de positionnement est insuffisante ou si la dilatation et la contraction thermiques sont inégales lors du laminage et du perçage de cartes à plusieurs couches, cela peut entraîner un désalignement des centres des vias empilés, des variations soudaines d'impédance ou une coupure du signal.

Éléments à prendre en compte lors de la conception de petits trous dans la conception des vias des circuits imprimés

À partir de quelle taille un trou est-il considéré comme petit ? En général, on utilise 0,3 mm comme seuil de séparation ; les trous inférieurs à 0,3 mm sont considérés comme petits. Plus le via est petit, plus il est difficile à usiner, en particulier lorsque sa taille est proche de la limite du processus. C'est là qu'intervient le concept industriel de “ rapport d'aspect ”. Qu’est-ce que le rapport d’aspect ? En termes simples, il s’agit du rapport entre l’épaisseur du circuit imprimé et le diamètre du trou d’interconnexion. Plus le rapport d’aspect est élevé, plus l’usinage est difficile. En d’autres termes, plus le trou d’interconnexion est petit, plus il est difficile à usiner.

Difficile à galvaniser	À mesure que les vias deviennent plus petites, la réduction de leur ouverture rend difficile le dépôt uniforme de la couche de cuivre lors de la galvanoplastie, ce qui entraîne facilement des problèmes tels que l'absence de cuivre dans la via ou des vias défectueux. En résumé, plus la via est petite, plus le taux de pénétration du cuivre est faible.
Faible rendement de traitement	Plus la longueur effective d'un foret pour trous fins est courte, moins il est possible de percer de cartes dans un même lot, ce qui a un impact direct sur l'efficacité de la production. Pour éviter la rupture du foret, il est nécessaire de réduire la vitesse d'avance et d'augmenter la vitesse de rotation de la broche lors du perçage de trous fins. Ce processus allonge non seulement le temps d'usinage, mais accélère également l'usure du foret. Par conséquent, lors de la conception des circuits imprimés, la taille des vias devrait idéalement être supérieure à 0,3 mm afin de garantir l’efficacité de l’usinage et de réduire les coûts. Les trous micropiqués ne devraient être envisagés que lorsque l’espace est limité.
problème de diamètre extérieur	Lors de la conception de vias ou de trous de soudure, il convient de tenir compte des exigences dimensionnelles relatives aux diamètres intérieur et extérieur. Ces paramètres ont une incidence directe sur la Processus de fabrication des circuits imprimés. Prenons l'exemple de Geyuan Electronics : les paramètres d'usinage minimaux pour les cartes double face et multicouches sont un diamètre intérieur de 0,15 mm et un diamètre extérieur de 0,25 mm.
Problème de anneau de soudure trop petit	Si l'anneau de soudure est trop petit, lors de la fabrication, le circuit imprimé peut présenter un désalignement entre le trou percé et le centre de la pastille de soudure sur le film, en raison des écarts des équipements de perçage et des tolérances d'alignement, ce qui entraîne des trous décentrés. Ce désalignement réduit la surface effective des pastilles de soudure, augmente le risque de défauts de fabrication et peut même entraîner des défaillances de connexion électrique. Par conséquent, il est essentiel de concevoir correctement la taille de l’anneau de soudure et de tenir compte des tolérances de fabrication pour garantir la qualité et la fiabilité du circuit imprimé.

Multicouche Techniques de conception des vias sur les circuits imprimés

Vous trouverez ci-dessous des conseils relatifs à la conception des vias pour les circuits imprimés multicouches, résumés par l'équipe d'ingénieurs de Geyuan Electronics. .

• Lors de la réalisation de trous traversants standard à l'aide d'une perceuse mécanique, il est important de garder à l'esprit que la taille minimale acceptable du foret dépend de l'épaisseur du circuit imprimé. Par exemple, les fabricants de circuits imprimés exigent généralement que le rapport d'aspect de leurs trous ne dépasse pas 10:1. Cela signifie que pour un circuit imprimé d'une épaisseur de 62 mils, la taille minimale de foret mécanique à utiliser est de 6 mils, soit 0,006 pouce. Si vous avez besoin de trous plus petits, vous devriez envisager d'utiliser des microvias présentant un rapport d'aspect de 1:1.

• Bien que les vias soient courtes, elles représentent tout de même une longueur de conducteur mesurable, ce qui peut poser des problèmes lorsque les exigences en matière d'intégrité du signal sont strictes. Par exemple, une via reliant les deux couches supérieures d'un circuit imprimé à dix couches comporterait huit couches de métal superflues susceptibles d'introduire des interférences.

• La taille des pastilles de via est importante ; vous devez vous assurer qu’un anneau suffisamment large subsiste après le perçage. Les forets mécaniques ont tendance à osciller légèrement pendant le perçage, et sans un anneau suffisamment large, la via risque d’être endommagée par la rupture du foret.

• Dans les zones très denses d'un circuit imprimé, les concepteurs doivent veiller à ne pas obstruer les chemins de routage ou les chemins de retour du plan de masse avec des vias. C'est pourquoi l'utilisation de vias aveugles et de microvias est essentielle lors de la planification des voies d'évacuation des BGA, afin de garantir que chaque broche puisse être routée sans obstruer les chemins de routage et les plans importants situés sous le composant. Privilégiez les vias décalés plutôt que les vias empilés, car ces derniers nécessitent un remplissage et une planarisation, un processus long et coûteux.

• Définir des profondeurs contrôlées pour les trous borgnes et les trous noyés.

• En limitant au maximum le rapport de hauteur des vias à haute vitesse, on évite la réflexion du signal. Cela permet d'obtenir de meilleures performances électriques et une meilleure intégrité du signal, de réduire le bruit et la diaphonie, et de limiter les interférences électromagnétiques (EMI) et radioélectriques (RFI).

• Utilisez des vias plus petites, en particulier sur les cartes HDI, afin de réduire au minimum la capacité et l'inductance parasites.

• Les vias situées dans les pastilles doivent être comblées, sauf si elles se trouvent à l'intérieur des pastilles thermiques.

• Les pastilles de montage des BGA peuvent être disposées à l'aide de vias aveugles et de trous traversants, à condition que ces vias soient remplis et aplanis. Si elles ne sont pas aplanies, les joints de soudure risquent d'être affectés.

• Des trous traversants sont ajoutés au plot thermique situé sous le boîtier QFN afin de faciliter l'écoulement de la soudure vers le plan conducteur. Ces trous traversants assurent une soudure solide au niveau des plots thermiques, empêchant ainsi la soudure de se répandre sur le boîtier lors de l'assemblage. Cela peut avoir une incidence sur la qualité de la soudure au niveau des contacts du boîtier QFN.

• Les ateliers d'assemblage peuvent pallier l'absence de trous traversants dans les pastilles thermiques en ajoutant une ouverture en forme de fenêtre au pochoir à pâte à souder situé au-dessus des pastilles, ce qui réduit l'accumulation de soudure et les fuites.

• Vérifiez la distance minimale entre les pistes et les vias, d'une part, et les bords du circuit imprimé, d'autre part.

• Dans le cas d'un boîtier BGA, vérifiez l'emplacement des vias.

• Chaque via est séparée de son plot par une piste courte prédéfinie. Vérifiez si un espace de masque est prévu pour les vias situées sous le BGA.

Contrôle qualité des vias dans circuits imprimés multicouches

Pour garantir la qualité des vias des circuits imprimés, il convient de contrôler les aspects suivants :

Choix des matériaux	Des matériaux de haute qualité, tels que des plaques et des feuilles de cuivre, sont sélectionnés afin de garantir la conductivité et la résistance mécanique des vias.
Technologie de traitement	Des procédés avancés de perçage et de cuivrage sont utilisés pour améliorer la précision et la fiabilité des vias.
Détection et essais	Une fois leur fabrication terminée, les vias sont soumis à des contrôles et essais rigoureux, notamment des tests de performances électriques et de résistance mécanique, afin de s'assurer qu'ils répondent aux exigences de conception et aux besoins d'utilisation.

Geyuan Electronics est un fabricant professionnel de circuits imprimés multicouches.

Geyuan Electronics est désormais en mesure de produire des circuits imprimés multicouches comportant de 6 à 32 couches. Grâce à notre technologie ultra-multicouche développée en interne et à notre technologie de vias intégrés aux pastilles, nos circuits imprimés peuvent compter jusqu’à 32 couches, avec un diamètre de trou minimal de 0,15 mm et une largeur et un espacement minimaux des pistes de 0,0762 mm, prenant en charge des centaines de structures de stratification. En particulier, notre technologie de vias intégrés aux pastilles utilise un bouchage à la résine suivi d’un recouvrement par galvanoplastie pour tous les circuits imprimés à très grand nombre de couches (6 couches ou plus), ce qui permet de placer les vias directement sur les pastilles, offrant ainsi une surface de pastille plus lisse et davantage d’espace pour le routage. Pour garantir la qualité des circuits imprimés, nous utilisons un test de faible résistance à quatre fils pour inspecter le placage de cuivre sur les parois des vias. Comparé aux méthodes de test traditionnelles, le test de faible résistance à quatre fils offre une plus grande précision et permet de mieux détecter les vias défectueux, garantissant ainsi la fiabilité et la qualité du produit. Si vous recherchez un fabricant professionnel de circuits imprimés multicouches pour la production en série et la personnalisation, n’hésitez pas à nous contacter pour bénéficier de nos services.

Résumer

Cet article résume non seulement les spécifications de conception des vias pour les circuits imprimés multicouches, mais analyse également les erreurs courantes et les limites du processus dans la conception des vias de ces circuits. Une conception correcte des vias est non seulement une condition préalable à la fabrication de circuits imprimés multicouches de haute qualité, mais elle est également essentielle pour garantir la fiabilité de ces derniers. Afin de réduire les coûts de production et d’éviter les problèmes lors de la fabrication des circuits imprimés, il est nécessaire de définir des spécifications de conception de vias et des processus de production adaptés. Le choix d’une méthode de réalisation des vias appropriée permet de mieux s’adapter aux différentes configurations et conceptions, garantissant ainsi les performances et la qualité des circuits imprimés. Si vous avez besoin d’une production en série de circuits imprimés multicouches, Veuillez contacter Geyuan Electronics pour obtenir de l'aide.