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Auteur(s)
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Eric CADALEN : Ingénieur matériaux de la microélectronique, service technologie, THALES Microelectronics
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’aptitude d’un circuit imprimé à être fabriqué dans des conditions industrielles dépend principalement de la manière dont il a été conçu. Le coût de sa réalisation, les rendements, la qualité du produit terminé sont proportionnels à la qualité du design.
Le concepteur de circuits imprimés aura la satisfaction d’obtenir de bons résultats, s’il tient compte des impératifs de fabrication, ce qui signifie qu’il devra avoir une bonne connaissance des procédés, des différentes méthodes, des équipements et, bien sûr, du personnel nécessaire à la construction du produit.
La dérive peut être rapide, et l’on rencontre souvent le cas de circuits non réalisables industriellement car leurs caractéristiques mécaniques sont en dehors des limites du savoir-faire de la plupart des fabricants. Bien sûr, on trouvera la parade pour néanmoins obtenir le produit terminé, mais à quel prix ?
L’un des objectifs de ce document est de faire prendre conscience au concepteur des avantages qu’il peut apporter à sa société, s’il tient compte des difficultés qu’aura un fabricant lors de la réalisation du circuit imprimé.
Avant de commencer tout travail, le concepteur doit se poser certaines questions telles que :
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quelles sont les fonctions que le circuit imprimé devra remplir ? ;
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quels types de composants y seront implantés (traversants, composants montés en surface, actifs, non actifs, etc.) ? ;
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les lignes devront-elles avoir une impédance déterminée et tolérancée ? ;
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la technologie du futur circuit imprimé nécessitera-t-elle des blindages par des lignes reliées à la masse, afin d’éviter les problèmes éventuels de diaphonie ? ;
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la vitesse de propagation des signaux est-elle imposée, ainsi que les pertes diélectriques ? ;
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quelle sera la quantité de circuits à réaliser ? ;
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où seront fabriqués les produits ? Quel est le niveau de « savoir-faire » du manufacturier ?
Déjà, à partir des réponses fournies, on verra apparaître des éléments qui détermineront, plus tard, la construction du circuit, tels que :
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le matériau de base ;
-
le format détouré du circuit imprimé ;
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la grille de perçage ;
-
le diamètre des trous des composants et des vias (sans composants).
C’est à partir du composant que l’on doit implanter sur le circuit que l’on va concevoir progressivement le produit, car déjà le diamètre du trou est imposé au concepteur [composant traditionnel ou composant monté en surface (CMS)], puis celui de la pastille qui va recevoir ce trou, ce qui déterminera la largeur des pistes, leur espacement et leur nombre possible à placer entre deux pastilles.
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VERSIONS
- Version courante de nov. 2013 par Eric CADALEN
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7. Exemple : démonstrateur FCOB Thales
Le démonstrateur FCOB (flip chip on board) a été conçu pour acquérir la connaissance technologique de l’assemblage de circuits intégrés nus montés retournés. La mise en œuvre de l’assemblage FCOB présenté sur la figure 13 permet de tester les matériaux et notamment ceux du circuit imprimé. Les matériaux sont sélectionnés par des essais environnementaux sur le produit fini. Ces essais sont spécifiés par les clients de Thales Microelectronics (stockage en chaleur humide à 85 % et 85 ˚C, fiabilité lors de cycles de variation rapide de température entre − 55 et + 125 ˚C, etc.).
Les caractéristiques spécifiques sont :
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substrat à haute densité d’épaisseur totale 0,8 mm : substrat fin nécessitant un convoyeur, ou carrier, pour les phases d’assemblage, étant donné la flexibilité induite par la faible épaisseur du circuit imprimé et le besoin de planéité pour report FCOB ;
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deux couches à haute densité de chaque côté d’une couche double face pour obtenir une forte densité d’interconnexions et un empilement symétrique. Les caractéristiques principales sont les suivantes :
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largeur de ligne : 125 µm,
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espacement : 100 µm,
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microvias pour densifier les entrées-sorties,
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substrat à finition ENIG sélective,
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vernis d’épargne sélectif pour la définition des entrées-sorties,
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mires locales sans VEB pour améliorer le placement.
-
Ces spécificités engendrent des problèmes spécifiques parmi lesquels on peut trouver :
-
fluorescence X impossible sur les zones à haute densité car le collimateur minimum est de 0,2 × 0,2 mm2 pour des plages d’entrée-sortie de 0,1 × 0,125 mm2 ;
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sensibilité de la finition ENIG à la brasabilité étant donné la faible surface des bossages de puces (diamètre de 100 µm2) et le fait qu’il n’y a pas d’apport de brasure possible (crème à braser sérigraphiée) sur cette technologie...
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NORMES
-
Acceptability of printed boards. - A-600F -
-
Specification for high density interconnect (HDI) & microvia material. - 4104 -
-
Design guide for high density interconnects (HDI) & microvias. - 2315 -
-
Sectional design standard on rigid organic printed boards. - 2222 -
-
Generic standard on printed board design. - 2221A -
-
Implementation of ball grid array & other high density technology. - J-STD-013 -
-
Tests of flammability of plastic materials for parts in devices and appliances. - UL 94 -
ANNEXES
(liste non exhaustive)
FLO/PCB
Logiciel de la compagnie Flomerics permettant de faire une simulation thermique d’un circuit imprimé comprenant des composants (et leur modèle thermique issu de la bibliothèque JEDEC) et d’optimiser la conception thermique par ajout de vias thermiques, plaques de cuivre, etc.
GC-Prevue
Logiciel gratuit de la compagnie GraphiCode permettant de lire des fichiers gerber. Le format gerber, connu aussi sous le nom de RS-274, est un format standard dans l’industrie pour décrire un circuit imprimé. Ce format est le support des masques utilisés en photolithographie. Le circuit imprimé est ainsi décrit par un fichier gerber pour chaque couche et un fichier comprenant les positions de perçage.
sPlan
Logiciel dédié à la conception de schémas électriques, de diagrammes et schémas électroniques.
http://www.abacom-online.de/html/splan.html
Sprint-Layout
Logiciel dédié au tracé de circuits imprimés permettant de générer des fichiers au format gerber.
http://www.abacom-online.de/html/sprint-layout.html
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Directive européenne...
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