Introduction
Avec la tendance vers des appareils électroniques de plus en plus petits, l'espace disponible sur les PCB devient de plus en plus limité. Alors que le nombre de broches de puce continue d'augmenter et que les interfaces à haut débit-deviennent plus répandues, les équipes de R&D augmentent souvent la densité de routage dans le but de réduire la taille. Pour de nombreux projets, la question de savoir si le PCB peut être « acheminé » efficacement peut même déterminer si le produit est approuvé pour le développement.
Cependant, dans le processus de fabrication actuel des PCBA, une densité de routage plus élevée n'équivaut pas nécessairement à un produit de qualité supérieure. De nombreuses cartes qui fonctionnent normalement pendant la phase de R&D commencent à présenter des problèmes tels que des courts-circuits, des fluctuations d'impédance, des défauts de soudure et des problèmes de fiabilité des couches intermédiaires une fois qu'elles entrent en production de masse.
Il existe un dicton très réaliste dans l'industrie des PCBA : "Ce n'est pas parce qu'ils peuvent être produits qu'ils peuvent être produits en masse-de manière fiable." Trouver le bon équilibre entre la densité de routage et le rendement de fabrication des PCB est devenu un défi majeur dans la conception de produits électroniques à haute-densité.
Plus le routage PCB est dense, plus la fenêtre de fabrication est étroite
Pendant la phase de conception, de nombreux ingénieurs R&D se concentrent davantage sur la mise en œuvre fonctionnelle et l'intégrité du signal, tandis que les usines de PCB se préoccupent davantage des tolérances de fabrication. À mesure que la largeur et l'espacement des lignes continuent de diminuer, la difficulté des processus de gravure, d'exposition, de stratification et de perçage augmente en conséquence. Les erreurs mineures qui étaient auparavant absorbées par le processus de fabrication sont rapidement amplifiées sur les PCB haute-densité.
Par exemple, la plupart des usines de circuits imprimés peuvent produire de manière fiable une carte standard à quatre -couches avec une largeur et un espacement de traces de 4/4 mil. Cependant, si celui-ci est réduit à 3/3 mil ou moins, le rendement de fabrication diminue considérablement. Même un léger écart de gravure peut entraîner des circuits ouverts ou des courts-circuits.
Dans de nombreux projets de fabrication de PCBA, les problèmes ne sont pas immédiatement apparents lors de la phase de fabrication.phase de prototypageparce que lepetite taille de lotpermet aux usines d’allouer davantage de ressources d’inspection manuelle. Cependant, une fois la production de masse commencée, des variations de fabrication apparaissent et l’écart entre les taux de rendement devient de plus en plus évident. Cela est particulièrement vrai pour les cartes haute-couches, les cartes HDI et les cartes mères de serveurs-grand format, où les risques associés au routage haute-densité sont bien plus complexes que ceux observés lors de la phase de R&D.
Une recherche excessive de la densité de routage augmente souvent les coûts de production par la suite.
Lors du développement de produits, de nombreuses entreprises visent à réduire les coûts des matériaux en minimisant la surface des PCB. Cependant, une fois que la production de masse commence, c’est souvent l’inverse qui se produit : même si la superficie consacrée aux PCB a diminué, les coûts globaux de fabrication augmentent en réalité. La raison est simple. Lorsque les PCB entrent dans des processus de fabrication à haute densité-, les usines ont généralement besoin : d'un équipement d'exposition de qualité supérieure-, d'un contrôle de gravure plus strict, de processus de stratification plus complexes, de capacités de perçage plus précises et d'une proportion plus élevée deInspection de la zone d'intérêt.
Tous ces facteurs font directement augmenter les coûts de fabrication des PCB. Dans le même temps, le taux de rebut, le taux de retouche et la complexité des tests pour les cartes haute-densité augmentent également. De nombreux projets semblent permettre d'économiser sur la taille des PCB, mais entraînent en réalité des coûts plus élevés lors de la production en série. Cela est particulièrement vrai dans le secteur de la transformation des PCBA, où les PCB eux-mêmes ne représentent qu'une partie du coût total. Une fois que le taux de rendement des PCB diminue, lesAssemblage CMS, les tests, la réparation et le-service après-vente sont tous concernés.
Le routage à haute-densité a également un impact sur la stabilité du soudage des PCBA.
De nombreuses équipes R&D pensent que les problèmes de routage se limitent à l’étape de fabrication des PCB, mais en réalité, ils affectent directement le traitement ultérieur des PCBA. Lorsque les circuits sont trop denses, les ponts du masque de soudure entre les plages deviennent plus étroits et la marge de tolérance pour l'impression au pochoir diminue. Cela est particulièrement vrai dans les zones comportant des circuits intégrés à pas fin, des BGA et des composants 0201, où même un léger désalignement de la pâte à souder peut provoquer un pontage de soudure. De plus, un routage dense augmente le risque de déséquilibre localisé des zones de cuivre. Pendant lerefusionsoudureprocessus, des différences significatives dans la capacité d’absorption de chaleur entre différentes zones peuvent facilement conduire à des incohérences localisées de température.
Il est courant d'observer une situation dans l'atelier de production où, malgré l'utilisation du même profil de refusion, certaines cartes se soudent correctement tandis que d'autres présentent des joints de soudure à froid ou des tombstones. Dans de nombreux cas, la cause profonde ne réside pas dans l’équipement, mais dans les différences structurelles au sein du PCB lui-même. C'est pourquoi un nombre croissant d'usines de PCBA se concentrent à la fois sur la fabricabilité et la soudabilité des PCB lors des examens DFM.
Une conception véritablement solide ne signifie pas remplir chaque centimètre carré d’espace
De nombreuses conceptions de PCB excellentes ne se caractérisent pas par le routage le plus dense, mais plutôt par un contrôle plus raisonnable des marges de processus. Dans certains projets à haute fiabilité-, les équipes R&D réserveront de l'espace de manière proactive. Par exemple : augmenter l'espacement de référence autour des paires différentielles à haute -vitesse, éviter les largeurs de ligne minimales dans les zones de diffusion BGA-, réduire la densité des vias dans les zones d'alimentation critiques et réserver les zones de cuivre pour la dissipation thermique dans les régions à haute -température.
Bien que ces conceptions puissent sembler « gaspiller de l’espace », elles améliorent considérablement la stabilité lors de la production de masse. En effet, la fabrication de PCB implique intrinsèquement des tolérances de traitement. Plus une conception repousse les limites du processus, plus la marge d’erreur en production est faible. Même une légère fluctuation à une étape peut entraîner des défauts de lot. En particulier dans les domaines de l'électronique automobile, du contrôle industriel et des dispositifs médicaux, de nombreuses entreprises privilégient la fiabilité à long terme- plutôt que de simplement minimiser les dimensions des PCB.
La collaboration précoce entre les fabricants de PCB et de PCBA devient de plus en plus importante
Les problèmes de nombreux projets ne proviennent pas de capacités de R&D insuffisantes, mais d’un manque d’apport de fabrication pendant la phase de conception. De nombreuses équipes de R&D n'envoient leurs conceptions aux fabricants de PCB et de PCBA qu'une fois la configuration terminée. Lorsque des problèmes de DFM apparaissent, il est souvent trop tard pour modifier la structure du PCB.
De nos jours, un nombre croissant de projets effectuent des évaluations de processus dès le début de la phase de conception, notamment pour déterminer si les largeurs et l'espacement des lignes dépassent la plage stable pour la production de masse. Si les structures via sont adaptées à la production de masse ; si l'empilement de stratifiés est facile à plastifier ; et si les zones à haute densité-affecterontSoudure CMS.
Cette collaboration précoce peut contribuer à atténuer un nombre important de risques avant que le produit n’entre en production formelle. Cela est particulièrement vrai pour les cartes HDI, de communication à haut débit-et les cartes de serveur AI, où le coût des modifications devient extrêmement élevé si les problèmes ne sont découverts que pendant la phase de production pilote.
La stabilité de la production de masse-est souvent plus importante que la simple "capacité à acheminer les traces"
De nombreux projets de R&D tombent dès le début dans une idée fausse : tant que le PCB peut être entièrement acheminé, le problème est résolu. Cependant, pour la fabrication de PCBA, les véritables défis commencent souvent par la production de masse. Qu'un produit soit facile à fabriquer, facile à souder, facile à tester et capable de -stabilité à long terme-, ces problèmes reviennent en fin de compte à la conception du PCB lui-même.
La densité de routage est certes importante, mais elle ne doit pas se faire au détriment du rendement de fabrication. Une conception de PCB capable d'une production de masse stable et à long terme-établit généralement un équilibre plus raisonnable entre performances, espace, processus et coût.
Conclusion
Dans l'industrie de la fabrication de PCBA, de nombreux-problèmes de production de masse proviennent en fait du fait que la conception est poussée trop près des limites du processus de fabrication pendant la phase de conception. Une conception de PCB vraiment excellente ne consiste pas à rendre la carte aussi petite que possible, mais à garantir que le produit reste stable pendant la production de masse.