Exhaustif Guide de conception des vias sur les circuits imprimés flexibles (FPC)

Les vias sont des structures métallisées qui traversent les couches diélectriques d'un FPC (circuit imprimé flexible) pour assurer l'interconnexion électrique entre les couches. Il s'agit notamment des vias traversants, des vias aveugles, des vias enterrés et des microvias. En ingénierie, ils sont utilisés pour les connexions de signaux et d'alimentation entre les couches dans les circuits imprimés flexibles (FPC) double face et multicouches. Le diamètre des vias et la taille des pastilles déterminent la densité de câblage. Les vias situés dans les zones de flexion peuvent entraîner une concentration de contraintes et la rupture de la feuille de cuivre, ce qui constitue un tabou majeur dans la conception visant à garantir la fiabilité des circuits imprimés flexibles.

Présentation générale de la conception des circuits imprimés flexibles (FPC)

Les vias constituent un élément structurel essentiel pour l'interconnexion entre les couches dans les circuits imprimés souples (FPC). Dans les circuits imprimés souples, la conception des vias doit trouver un équilibre entre la conductivité électrique, la fiabilité mécanique et la résistance à la flexion. Une conception inadéquate des vias est l'une des causes courantes de défaillance des FPC.

Circuit imprimé flexible (FPC) de type « via »

Trou traversant	Ce modèle, qui traverse toutes les couches et présente une plage d'ouverture comprise entre 0,15 et 0,5 mm, est le plus couramment utilisé, le plus abouti et le plus rentable.
Via aveugle	De la couche externe à la couche interne, ce matériau est non pénétrable, avec des trous dont le diamètre varie entre 0,1 et 0,2 mm. Il est couramment utilisé dans les conceptions HDI et nécessite un perçage au laser. .
Enterré via	Elle se trouve entièrement dans la couche interne, avec une taille de pores comprise entre 0,1 et 0,2 mm. Elle n'occupe pas l'espace de la couche externe, mais sa fabrication est extrêmement complexe.

Selon les spécifications de taille

paramètre	Procédure standard	Un savoir-faire de précision
Ouverture minimale	0,2 mm	0,1 mm
Diamètre du tampon	Ouverture +0,3 mm	Ouverture +0,2 mm
Espacement entre les pastilles et les lignes	0,15 mm	0,10 mm
Distance entre deux trous	0,5 mm	0,3 mm
Distance entre le trou et le bord de la plaque	0,5 mm	0,3 mm

Par voie de procédure

Forage mécanique	Une ouverture ≥ 0,2 mm convient aux trous traversants, mais les parois du trou peuvent présenter une surface rugueuse. L'avantage réside dans son coût réduit.
Perçage au laser	Avec un diamètre de trou ≥ 0,05 mm, ce procédé convient aux micro-trous et aux trous borgnes. Les parois des trous sont lisses après usinage, et son principal atout réside dans sa grande précision.
Matière de remplissage pour galvanoplastie	Les vias remplies de cuivre offrent une bonne dissipation thermique et une bonne conductivité, ce qui les rend adaptées aux vias thermiques et aux vias empilées, mais leur coût de fabrication est plus élevé.

Règles essentielles concernant les vias et les courbes

• Les vias sont interdites dans les zones de flexion : les vias constituent des points de concentration de contraintes et, dans les zones de flexion, ils peuvent provoquer la fissuration de la feuille de cuivre.

• La distance entre le trou traversant et le bord de la zone de pliage est ≥ 1 mm.

• Les vias situées à proximité de la zone de flexion dynamique doivent faire l'objet d'une évaluation particulière.

• Évitez de placer des vias à proximité des courbes dans les zones à forte densité.

Tendance grâce à son design

Les vias thermiques servent à dissiper la chaleur :

• Ouverture : 0,3 à 0,5 mm

• Espacement des trous : 0,8 à 1,2 mm

• Pâte de cuivre ou matériau de remplissage pour la galvanoplastie

• Situé sous l'élément chauffant

• La connexion des feuilles de cuivre augmente la surface de dissipation thermique

Comment détermine-t-on l'ouverture ?

Interconnexion classique	0,2-0,3 mm
Alimentation via	0,3-0,5 mm
Tendance via	0,3-0,5 mm
Micropores HDI	0,1-0,2 mm
Trou de passage pour connecteur	Conformément aux spécifications du connecteur

La via se trouve-t-elle dans une zone de sécurité ?

Distance entre le trou traversant et la zone de pliage	>1 mm de marge de sécurité
Distance entre le trou traversant et la zone de pliage	0,5 à 1 mm : à évaluer
via, dans la zone du virage	interdire
La zone où les vias sont les plus concentrés se trouve près de la ligne de courbure.	Non recommandé

Les dimensions des patins sont-elles suffisantes ?

Diamètre du tampon	Une valeur ≥ à l'ouverture + 0,3 mm est acceptable
Espacement entre les pastilles et les lignes	Une valeur ≥ 0,15 mm est acceptable
Distance entre deux trous	Une valeur ≥ 0,5 mm est acceptable
Distance entre le trou et le bord de la plaque	Une valeur ≥ 0,5 mm est acceptable

Règles fondamentales pour la conception de demi-trous sur le bord d'une plaque

1.Paramètres de base

ouverture	≥ 0,3 mm (pour les demi-trous indépendants, il est recommandé d'utiliser des pastilles elliptiques ; la largeur des autres pastilles sur la carte doit être ≥ 0,3 mm).
mise en page	Le centre du trou doit être aligné avec le contour de la couche GM/GKO, avec un écart ≤ ± 0,05 mm.
Motif « Goldfinger »	Chaque pastille est équipée de 2 vias (un demi-trou sur le bord du circuit imprimé + un via à l'intérieur du circuit), décalés d'au moins 0,3 mm, afin d'éviter un agencement en ligne (pour prévenir toute rupture du circuit imprimé).

2.Points clés du processus

Arrondir le bord du demi-trou (rayon ≥ 0,1 mm) pour éliminer les bavures ; l'axe majeur du patin elliptique est ≥ 0,6 mm et l'axe mineur est ≥ 0,4 mm.

Conception d'une plaque anti-rupture pour un agencement à trous traversants

Articles interdits

• Les vias doivent être disposés en rangées (décalés verticalement/horizontalement de 0,3 à 0,5 mm) ;

• Les cales à demi-trou/fenêtre sont situées dans la zone de pliage (à ≥ 0,5 mm du centre du pli) ;

• Le trou de repérage se trouve à moins de 0,5 mm du bord de la carte (le bord du trou de repérage est à une distance ≥ 0,5 mm du cadre de la carte).

pastilles de soudure et masque de soudure

• Le diamètre extérieur du trou traversant doit être supérieur ou égal au diamètre intérieur plus 0,2 mm ; le diamètre extérieur du trou d'insertion doit être supérieur ou égal au diamètre intérieur plus 0,4 mm.

• Diamètre extérieur de la zone ouverte + 0,05 à 0,1 mm.

• Les vias doivent être entièrement recouvertes par le film de protection ; toute ouverture partielle est interdite (afin d'éviter l'oxydation et la rupture).

Définition des couches d'un forage

• Trou métallisé (PTH) : Conçu dans la couche du trou de perçage, avec une tolérance de diamètre de ±10%.

• (Trous/rainures non métallisés : à concevoir sur la couche GM/GKO, sur la même couche que la ligne de contour du circuit imprimé, et aucune ligne superflue n'est autorisée (afin d'éviter toute omission).

Liste de contrôle DFM

• Le type de via a-t-il été indiqué ?

• L'ouverture et la taille du coussinet sont-elles conformes aux spécifications ?

• La via se trouve-t-elle dans la zone de courbure ?

• La distance entre le trou traversant et la zone de courbure est-elle ≥ 1 mm ?

• L'épaisseur du cuivre de la via est-elle ≥ 20 μm ?

• Le procédé de via aveugles/via enterrés a-t-il été validé ?

• Le processus de détartrage des forages a-t-il été validé ?

• Les vias chaudes ont-elles été remplies de cuivre ?

• Des essais électriques 100% ont-ils été prévus ?

Erreurs courantes

La zone de pliage est visible à travers l'orifice	Les vias constituent des points de concentration des contraintes ; en cas de pliage, la feuille de cuivre se fissure au niveau du via. Les vias doivent être évités dans la zone de pliage.
Épaisseur de cuivre insuffisante dans le trou	Une rupture sous contrainte thermique se produit lorsque le diamètre du trou dans le cuivre est inférieur à 20 μm, ce qui nécessite de vérifier la capacité du procédé de galvanoplastie.
Via avec des pastilles trop petites	Une galvanoplastie de mauvaise qualité, lorsque le diamètre de la pastille est inférieur au diamètre du trou + 0,25 mm, entraîne des circuits ouverts entre les couches.
Les trous borgnes n'ont pas été percés pour évacuer les débris de forage.	Les résidus d'adhésif présents sur les parois des trous borgnes réalisés au laser, s'ils ne sont pas éliminés, entraîneront des problèmes d'isolation entre les couches.
Vias à chaud sans remplissage de cuivre	Les trous présentent une résistance thermique élevée et une mauvaise dissipation thermique ; les vias thermiques doivent donc être remplis de cuivre ou de pâte de cuivre.
Décalage de voie non détecté	Un désalignement lors du perçage a provoqué un court-circuit entre le via et le câblage, ce qui a nécessité une inspection AOI.

Guide de conception des vias sur circuits imprimés flexibles (FPC) dans les applications pratiques

Dans les applications pratiques, la conception des vias nécessite de prendre en compte de manière exhaustive de multiples facteurs, notamment les performances électriques, les caractéristiques thermiques, la fiabilité mécanique et la faisabilité du processus. Par exemple, dans les appareils portables, les vias doivent garantir une transmission stable du signal tout en s’adaptant à des environnements mécaniques soumis à des flexions fréquentes ; dans l’électronique automobile, les vias doivent résister à des variations de température plus importantes et à des chocs vibratoires ; et dans les applications à haute fréquence, les caractéristiques électromagnétiques des vias deviennent un critère primordial. Cette analyse de couplage multiphysique fait de la conception moderne des vias pour circuits imprimés flexibles (FPC) un projet d’ingénierie de systèmes complexe, nécessitant des outils de simulation avancés et une vaste expérience en ingénierie pour son optimisation.

Résumer

À mesure que les appareils électroniques continuent d’évoluer vers la miniaturisation et des performances accrues, la technologie des vias des circuits imprimés flexibles (FPC) ne cesse elle aussi d’innover. De nouvelles techniques de fabrication de microvias, de nouveaux matériaux conducteurs et de nouvelles solutions d’interconnexion à haute densité font leur apparition, permettant aux vias d’atteindre des tailles plus petites, une fiabilité accrue et des performances électrothermiques supérieures. Ces avancées technologiques élargissent non seulement les horizons d’application des circuits imprimés flexibles (FPC), mais offrent également davantage de possibilités pour la conception d’appareils électroniques de nouvelle génération, démontrant ainsi pleinement l’immense valeur de cette minuscule structure dans l’ingénierie électronique moderne. Si vous avez besoin d’une production en grande série de circuits imprimés flexibles (FPC), n’hésitez pas à contacter Geyuan Electronics pour obtenir de l’aide.