Utilisez la technologie HDI lorsqu’une construction de PCB conventionnelle ne peut pas satisfaire les exigences de routage de sortie du BGA, de couches, électriques et d’assemblage dans le cadre d’un procédé approuvé par le fournisseur. Ne décidez pas en fonction du seul pas des billes : comparez des solutions de routage réalistes en utilisant la même affectation des billes, les mêmes contraintes d’empilage et les mêmes besoins de vérification.

Ce choix influe à la fois sur le coût de fabrication et sur les connexions possibles entre les couches. Pour en savoir plus, consultez les articles sur le coût des PCB HDI et la planification des vias borgnes et enterrés.

Pourquoi le pas seul ne suffit pas à décider du recours au HDI

Le pas des billes d’un BGA détermine une partie de l’espace disponible pour le routage, mais ne décrit pas l’ensemble du problème de sortie. Deux boîtiers de même pas peuvent présenter des affectations de broches, des chemins de routage utilisables, des besoins en alimentation et en masse ainsi que des contraintes électriques différents.

Exemple de routage BGA. L’image seule ne permet pas de déterminer la construction des vias ni l’empilage.

Avant de choisir une structure de vias, examinez les points suivants :

Matrice de billes et fonctions des broches. Les billes de signal, d’alimentation, de masse, non connectées et réservées déterminent quelles pistes doivent sortir de la zone du boîtier et où elles peuvent passer.
Géométrie de routage. Les pastilles, les espacements, les largeurs de piste et les éventuels rétrécissements autorisés doivent être compatibles entre eux dans le cadre du procédé de fabrication envisagé.
Fonctions des couches. Une piste n’est pas utile si elle impose de sacrifier le plan de référence ou la distribution d’alimentation nécessaires à la conception.
Comportement électrique. L’impédance, les chemins de retour, la diaphonie et les transitions par vias peuvent limiter un routage de sortie pourtant géométriquement possible.
Fabrication et assemblage. L’emplacement des vias, la construction des pastilles, la brasabilité et l’exposition thermique doivent être compatibles avec les procédés proposés.

Le document AM62Lx Escape Routing Guidelines, SPRADI2, de Texas Instruments montre que des trous métallisés traversants peuvent être utilisés sans microvias pour un composant et une configuration de broches donnés. Il constitue un élément utile pour envisager un routage de sortie conventionnel, mais ne prouve pas qu’un autre BGA fonctionnera de la même manière.

Les recommandations d’AMD sur le nombre de couches, dans le document UG1099, citent elles aussi le boîtier, le pas, le brochage, la largeur de routage et la technologie de fabrication parmi les données à prendre en compte. Lorsqu’une conception nécessite un rétrécissement de piste, examinez-le avec le fabricant et l’équipe chargée de l’intégrité du signal, plutôt que de le considérer comme une solution de gain de place sans contrepartie.

Comparer les routages de sortie à partir d’un même ensemble d’exigences

Conservez le même composant, la même affectation des billes, les mêmes exigences électriques et les mêmes hypothèses d’assemblage pendant la comparaison des constructions de PCB.

Comparaison hypothétique

Supposons qu’une équipe de conception évalue un BGA sur une carte dont le contour est contraint et comportant plusieurs signaux qui nécessitent des chemins de référence définis. L’équipe n’a pas encore établi si le routage de sortie exige le recours au HDI. Elle prépare trois solutions :

Solution conventionnelle : trous métallisés traversants et routage sur les couches de signal disponibles.
Solution HDI limitée : vias borgnes de plus faible portée là où ils sont nécessaires au routage de sortie, tout en conservant une approche conventionnelle ailleurs.
Solution HDI plus complexe : transitions supplémentaires entre couches, pouvant inclure des microvias empilés ou décalés, si les deux premières solutions ne satisfont pas les exigences.

Il s’agit de solutions candidates, et non de résultats prévus. Pour chacune, consignez les éléments suivants :

Point à examiner	Ce qu’il faut établir
Achèvement du routage	Chaque connexion requise peut-elle sortir du BGA et atteindre sa destination sans enfreindre les règles géométriques ou électriques convenues ?
Utilisation des couches	Combien de couches de signal sont nécessaires et les couches d’alimentation et de référence prévues restent-elles utilisables ?
Perturbation des plans	Les dégagements de vias, les antipads et les transitions interrompent-ils les chemins de retour ou créent-ils un encombrement indésirable ?
Portées des vias	Quelles paires de couches doivent être reliées et ces portées sont-elles compatibles avec l’empilage et la séquence de fabrication proposés ?
Construction des pastilles	Des vias se trouvent-ils dans des pastilles brasables ? Si oui, quelles exigences de remplissage, de recouvrement, de finition et d’inspection s’appliquent ?
Examen électrique	L’impédance, les chemins de courant de retour, les transitions et les éventuels rétrécissements satisfont-ils les exigences de conception ?
Faisabilité et éléments justificatifs	Le fournisseur acceptera-t-il la construction et quels éléments d’inspection ou de fiabilité représentatifs sont nécessaires ?

Après examen de la faisabilité par le fournisseur, choisissez une solution qui satisfait les exigences avec le minimum de complexité nécessaire. Le plus faible nombre de couches n’est pas toujours le meilleur choix : une construction peut économiser des couches tout en laissant des discontinuités inacceptables dans les plans de référence ou des risques d’assemblage non résolus.

Partir de la matrice de billes pour définir l’architecture des couches

Une première analyse efficace consiste à classer les connexions par fonction. Identifiez les billes qui doivent être routées, celles qui sont reliées à l’alimentation ou à la masse, et celles qui sont réservées ou soumises à d’autres contraintes dans la documentation du composant. Avant de définir un empilage, vérifiez si des recommandations de routage de sortie ou de placement sont fournies pour le boîtier.

Établissez ensuite un plan de couches provisoire :

Attribuez aux couches les fonctions probables de signal, de référence et d’alimentation.
Identifiez les endroits où les signaux importants nécessitent des chemins de référence continus.
Cartographiez les transitions requises entre les couches.
Examinez si le routage de sortie du BGA occupe l’espace nécessaire à d’autres composants, plans ou pistes.
Examinez l’architecture obtenue avec le fournisseur de fabrication.

Un empilage ne se résume pas à un nombre de couches. La disposition du cuivre et des diélectriques, les matériaux, les épaisseurs, les objectifs d’impédance et les portées des vias interagissent. Une modification destinée à créer un autre chemin de sortie peut également changer l’environnement électrique ou la séquence de fabrication réalisable. Le guide de conception d’empilage PCB fournit un point de départ pour documenter ces choix de couches.

N’attendez pas la fin du routage pour demander si l’empilage peut être fabriqué. Un fournisseur peut proposer une construction différente ou relever un détail qui nécessite une modification du tracé. Soulevez ces questions tant que d’autres routages de sortie restent envisageables.

Choisir les portées des vias en fonction de la connexion, pas de l’appellation

La portée d’un via indique les couches que la connexion atteint. Cette information est plus utile dans une demande de devis que la simple mention « carte HDI ».

Trous métallisés traversants

Un trou métallisé traversant assure une connexion sur toute l’épaisseur de la carte. Il peut constituer une solution pratique pour le routage de sortie d’un BGA lorsque la disposition des pastilles, les canaux de routage, le plan de couches et les exigences électriques le permettent.

Sa présence sur toute l’épaisseur a aussi des conséquences. Les dégagements autour des trous traversants occupent de l’espace sur des couches que le signal n’utilise pas nécessairement, et la transition peut laisser une portion de via inutilisée ayant une incidence sur la conception électrique. Évaluez ces effets dans le contexte du signal et de l’empilage réels ; ne supposez pas que tout trou traversant est nécessairement sans conséquence ou inadapté.

Vias borgnes et enterrés

Un via borgne relie une couche externe à une couche interne. Un via enterré relie des couches internes sans atteindre une surface externe. Utilisés à bon escient, ils peuvent libérer de l’espace sur les couches qu’un trou traversant occuperait autrement.

Cet avantage implique des choix de construction. Les portées demandées doivent correspondre à la séquence des couches, et les différentes combinaisons de portées peuvent influer sur la fabrication de la carte. Indiquez explicitement chaque paire de couches à relier. Si une solution repose sur plusieurs transitions pour réaliser une connexion, indiquez le chemin complet plutôt que de répertorier les trous séparément.

Microvias empilés et décalés

Certains routages de sortie peuvent nécessiter des transitions sur plus d’un intervalle entre couches. Selon la construction, les microvias peuvent être empilés ou décalés les uns par rapport aux autres.

Aucune de ces dispositions ne constitue une réponse universelle en matière de fiabilité. La géométrie, les matériaux, le procédé de fabrication et l’exposition thermique sont déterminants. Demandez au fournisseur d’examiner la configuration réelle et de fournir les éléments justificatifs convenus, adaptés à l’application. Si le tracé permet plusieurs dispositions, comparez leurs effets sur le routage, les plans et la construction avant de décider.

L’article Microvia Reliability Failure Modes, publié sur le site de l’IPC, traite des mécanismes de défaillance qui dépendent de la construction et des coupons représentatifs. Il fournit un contexte utile pour poser de meilleures questions, mais cet article de 2009 n’est pas en lui-même une norme IPC obligatoire actuelle.

Considérer le via dans la pastille comme une décision de fabrication et d’assemblage

Placer un via dans une pastille BGA peut offrir des possibilités de routage lorsque l’espace est limité. Cela modifie aussi les exigences applicables à la pastille brasable. Le concepteur, le fabricant et l’assembleur doivent partager une même compréhension de la surface prévue et des procédés qui suivront.

Pour chaque emplacement de via dans une pastille, documentez :

La géométrie de la pastille et du via, y compris la portée entre couches.
La construction requise pour le remplissage et le recouvrement du via, conformément à l’accord avec le fournisseur.
La finition de surface et les exigences relatives à la pastille brasable.
Les critères d’inspection et d’acceptation de la structure finie.
L’exposition thermique d’assemblage à laquelle le PCB devrait être soumis.

Ne supposez pas qu’une mention « via dans la pastille » définit entièrement la construction. De même, ne spécifiez pas un remplissage ou un recouvrement par habitude sans vérifier qu’il convient à la pastille, à l’empilage et au procédé d’assemblage. Le guide de planification des vias peut aider à traduire ces choix en informations de fabrication explicites.

Préserver les chemins des signaux tout en créant de l’espace de routage

Un routage de sortie peut sembler complet sur une couche de routage tout en introduisant un problème électrique ailleurs. Examinez ensemble la piste, sa référence, chaque transition et la destination.

Portez une attention particulière aux points suivants :

Continuité de la référence. Vérifiez ce qu’il advient du chemin de retour lorsque le signal sort du boîtier et change de couche.
Interruptions des plans. Examinez les dégagements de vias et les zones denses de routage de sortie pour repérer les coupures ou les passages étroits dans les plans de référence et d’alimentation.
Impédance. Indiquez les valeurs cibles et les tolérances requises pour les structures concernées, puis vérifiez que l’empilage proposé permet de les respecter.
Rétrécissements. Identifiez leur emplacement et leur géométrie, puis demandez, si nécessaire, un examen par le fournisseur et par l’équipe chargée de l’intégrité du signal.
Transitions. Tenez compte de l’effet électrique du chemin réel des vias et de toute portion inutilisée d’un trou traversant.
Pistes couplées. Vérifiez que les signaux différentiels ou autrement couplés peuvent conserver la géométrie requise tout au long du routage de sortie et des transitions.

Un coupon d’impédance ou un rapport TDR, s’il fait partie du plan de vérification convenu, doit être interprété au regard de l’empilage et des conditions d’essai définis. Il ne démontre pas automatiquement que chaque piste ou le produit fini satisfait à ses exigences. Consultez l’article comment lire un rapport TDR de coupon d’impédance.

Organiser la vérification autour de la construction réelle

Un dessin techniquement plausible ne constitue pas une preuve qu’une construction donnée convient à son utilisation. Convenez des points à contrôler et des éléments justificatifs nécessaires avant de lancer la conception en fabrication.

Pour le périmètre de fabrication du PCB, demandez au fournisseur de confirmer la faisabilité de l’empilage, des portées, de la construction des pastilles et des géométries concernées. Convenez des exigences d’inspection et d’acceptation pour les caractéristiques importantes de la conception. Lorsque des éléments de fiabilité sont nécessaires, demandez dans quelle mesure ils sont représentatifs de l’empilage, de la construction des vias, des matériaux et de l’historique thermique attendu.

L’assemblage ajoute un autre ensemble de conditions. Communiquez l’exposition thermique prévue et les exigences relatives aux pastilles brasables, et coordonnez les détails de fabrication avec le procédé d’assemblage. Un résultat d’inspection de fabrication ne suffit pas à établir que l’assemblage réussira.

La qualification du système fini est une activité distincte. L’acceptation du PCB ou de l’assemblage ne démontre pas à elle seule les performances du produit dans les conditions d’utilisation et l’environnement prévus. L’équipe projet doit définir toute qualification au niveau système nécessaire à ce cas d’utilisation.

Lorsque des normes ou des documents relatifs aux composants font partie des critères d’acceptation, indiquez le document applicable et sa révision dans les exigences du projet. Ne remplacez pas une construction approuvée par le fournisseur et une validation propre au projet par une limite universelle présumée pour les microvias, un nombre de niveaux empilés ou un nombre de cycles.

Préparer une demande de devis permettant au fournisseur d’évaluer la conception

Une demande de devis HDI exploitable décrit à la fois la carte et les décisions qui restent ouvertes. Incluez les éléments suivants, le cas échéant :

Informations sur le boîtier : identification du composant, dessin du boîtier, matrice de billes et recommandations pertinentes du fabricant du composant.
Données de conception : fichiers actuels de tracé et de fabrication, avec indication des zones critiques et des options de routage de sortie encore non résolues.
Architecture des couches : empilage proposé, fonctions des couches, exigences d’épaisseur de carte et exigences relatives aux matériaux.
Informations sur les vias : portées requises entre couches, emplacements des vias dans les pastilles, dispositions empilées ou décalées proposées, et exigences de remplissage et de recouvrement.
Exigences électriques : valeurs cibles et tolérances d’impédance, structures concernées et zones nécessitant un examen particulier des transitions ou des rétrécissements.
Surface et quantité : finition, quantité et autres exigences de commande nécessaires à l’évaluation de la fabrication.
Exposition lors de l’assemblage : historique thermique d’assemblage prévu et besoins relatifs aux pastilles brasables.
Acceptation : documents et révisions applicables, exigences d’inspection et éléments de fiabilité nécessaires pour le cas d’utilisation.

Demandez au fournisseur de répondre en donnant son avis sur la faisabilité, sa construction proposée, les modifications de conception nécessaires, ainsi que les inspections et les éléments justificatifs représentatifs pouvant être convenus pour le projet. Si une exigence n’est pas encore arrêtée, signalez-la comme une question ouverte plutôt que de laisser le fournisseur la déduire.

Lorsque la comparaison des routages de sortie et le dossier de demande de devis sont prêts, vous pouvez demander un devis à APTPCB ou contacter APTPCB en lui communiquant la construction proposée et les questions ouvertes. Pour une vue d’ensemble de cette catégorie de cartes, consultez la page PCB HDI.