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RÉSUMÉ
Les cartes informatiques ont une importance stratégique reconnue pour garantir les performances des systèmes informatiques. Leurs perspectives d’évolution prévisibles sont très liées à celles des circuits intégrés et des processeurs, à savoir une plus grande intégration, l’augmentation de la taille des puces, et l’augmentation de la rapidité des systèmes numériques et donc des puissances dissipées. De nouvelles technologies sont en train de passer du stade de la recherche et du développement à celui des utilisations industrielles et laissent aussi prévoir de nouvelles orientations.
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Jean JOLY : Ingénieur ENSEA - Ancien Responsable Développement Packaging Bull SA - Consultant 3JConseil
INTRODUCTION
Les cartes informatiques sont-elles différentes des autres supports d’interconnexion ? Qui différencie ces cartes des autres circuits imprimés couramment utilisés dans d’autres produits ou systèmes électroniques ?
D’après le découpage de iNEMI , ces cartes sont utilisées dans les familles des produits « bureautique et gros systèmes d’entreprises », par exemple, les systèmes de stockage de masse, les serveurs et ordinateurs de bureau, les postes de travail et les ordinateurs personnels, ou bien dans les « produits portables », par exemple les ordinateurs portables, les PDA, les notebooks, etc.
Les cartes de ces produits sont constituées par l’assemblage d’un grand nombre de composants standards et de mémoires autour d’un ou plusieurs processeurs qui assurent le traitement des données.
Les cartes informatiques sont caractérisées par :
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des performances électriques élevées (rapidité) liées à celle des processeurs ;
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une très grande complexité liée à l’important nombre d’interconnexions des composants ;
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des caractéristiques physiques exigeantes liées aux contraintes électriques, thermiques et mécaniques des processeurs.
En général, les cartes informatiques nécessitent donc :
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des grandes dimensions ;
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un nombre de couches important pour assurer le routage des signaux ;
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des matériaux performants pour assurer la rapidité des signaux sans en altérer la forme ;
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des propriétés thermomécaniques qui permettent de garantir le refroidissement des processeurs et d’assurer la fiabilité de fonctionnement des systèmes.
Dans le dossier précédent et dans ce présent dossier, nous analysons successivement tous les points liés à la conception des cartes en partant de l’évolution des processeurs et des challenges technologiques à prévoir dans les prochaines années. Concernant les symboles, le lecteur se reportera en .
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1. Technologies des cartes
Le procédé d’interconnexion des composants électroniques le plus couramment utilisé est le circuit imprimé sur lequel les composants sont assemblés par soudure, collage ou report direct.
1.1 Circuit imprimé multicouche
C’est un support en matériau composite (fibres de verre tissées et résine) sur lequel sont gravés ou imprimés des conducteurs d’interconnexion en cuivre. Une plus grande densité d’interconnexion par unité de surface a été obtenue par la technologie multicouche qui est aujourd’hui couramment utilisée. Elle consiste en un empilement de feuilles de matériau composite à base de résine organique (diélectrique) recouvertes de cuivre (circuits biface) photogravées et collées entre elles par une feuille de résine thermo-adhésive (prépreg) grâce à un pressage en température (figure 1). Le choix du support organique est étroitement lié aux exigences de performances électriques (matériau à faible constante diélectrique) et de coût. Il est possible de réaliser des empilages jusqu’à 30 couches conductrices.
L’interconnexion entre les deux faces du biface est faite par des trous métallisés ainsi que celle entre chaque biface élémentaire.
Les conducteurs en cuivre photogravés ainsi que le diamètre des trous d’interconnexion limitent la densité d’interconnexion. L’interconnexion électrique entre chacun des niveaux est réalisée à l’aide de trous métallisés traversant la structure et de trous métallisés enterrés.
Les limites actuelles sont des conducteurs de 75 à 100 µm espacés de 100 à 125 µm et des trous de 200 µm de diamètre dans les couches internes (perçage mécanique). L’épaisseur de cuivre sur les couches de la carte est donnée dans le tableau suivant.
Pour les conducteurs de masse et tension (alimentations), on recherche la plus grande épaisseur de cuivre pour limiter les pertes et éviter les effets de boucle. À l’inverse pour les couches internes, une couche de cuivre mince (9 à 18 µm) améliore les tolérances de gravure chimique des conducteurs.
La densité de cette technologie est limitée par les pastilles placées autour des trous et qui permettent de compenser la précision de positionnement des outils...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - International Electronics Manufacturing Initiative : INemi Road Map Edition (2004).
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(2) - * - International Technology Roadmap for Semi Conductors ITRS Edition (2005).
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(3) - * - International Printed Circuit IPC National Technology Roadmap Overview (2002/2003).
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(4) - * - Intel : Technology Journal et Technology @ Intel Magazine.
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(5) - Material and Processes for Microwave. - ISHM (1991).
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(6) - CHEN (R.Y.) - Signal Integrity. - Sigrity, Inc. IEEE EMC Symposium.
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(7) - Thermal Management in Microelectronics. - ISHM (1984).
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