Dans les scénarios à haute-fréquence et haute-vitesse tels que les stations de base à ondes millimétriques 5G, les serveurs de puissance de calcul IA et les radars à ondes millimétriques montés sur véhicule, la transmission du signal des cartes de circuits imprimés approche des limites physiques. Les problèmes de résidus de signal, de capacité parasite et de gaspillage d'espace de câblage causés par la conception traditionnelle des trous traversants sont devenus le principal goulot d'étranglement limitant les performances du système. EtIDHLes cartes d'interconnexion haute-densité, avec l'application approfondie de la technologie des trous borgnes laser, deviennent la solution principale pour résoudre le problème de l'intégrité du signal haute-fréquence.
Dans quelle mesure les problèmes de signal des cartes de circuits imprimés traditionnelles sont-ils mortels dans les scénarios haute fréquence ?
Lorsque la fréquence du signal entre dans la bande de fréquence des ondes GHz ou même millimétriques, même quelques millimètres de câblage excessif et des dizaines de micromètres de trous résiduels peuvent provoquer de graves réflexions, pertes et interférences électromagnétiques du signal. Il existe trois défauts inhérents à la conception traditionnelle des circuits imprimés à trous traversants complets qui sont difficiles à résoudre :
Problème de réflexion des piles résiduelles : le trou traversant-qui traverse toute la carte laissera des « queues » en excès à l'extérieur du chemin du signal, également appelées piles résiduelles (Stubs), ce qui provoquera directement la résonance du signal dans la bande de fréquence des ondes millimétriques, entraînant une augmentation du taux d'erreur.
Gaspillage d'espace de câblage : les trous traversants occupent une grande quantité d'espace précieux sous les broches BGA, ce qui rend impossible l'obtention d'un câblage haute-densité face à des boîtiers BGA avec un pas fin de 0,4 mm ou moins.
Chemin du signal trop long : afin de contourner l'ouverture, les signaux critiques à haute vitesse-sont obligés de faire des détours plus longs, ce qui non seulement augmente le délai de transmission, mais introduit également une atténuation supplémentaire du signal.
Ces problèmes, dans des scénarios tels que les serveurs IA et les modules RF 5G qui nécessitent une intégrité de signal extrêmement élevée, peuvent directement conduire à des performances globales inférieures aux normes et même à l'échec des tests de fiabilité.
Technologie de trou borgne laser : la clé essentielle pour résoudre les problèmes de haute-fréquence avec les cartes HDI
Le principal avantage des cartes HDI réside dans le processus de superposition de « perçage laser, galvanoplastie, remplissage, pressage segmenté », qui remplace les trous traversants traditionnels par des micro-trous borgnes enterrés et reconstruit la logique de transmission des signaux haute fréquence -de la couche inférieure. Contrairement au perçage mécanique traditionnel, les trous borgnes au laser peuvent réaliser un traitement de micro-trous d'une taille minimale de 50 μm, établissant directement une interconnexion verticale entre la surface et la couche interne cible, sans qu'il soit nécessaire de pénétrer dans l'ensemble de la carte. Cette conception apporte trois améliorations révolutionnaires des performances :
Chemin de signal de pieu résiduel nul : le trou borgne du laser relie uniquement les deux couches requises, sans aucun pieu résiduel supplémentaire dans la colonne de trou, éliminant ainsi le problème de réflexion du pieu résiduel le plus gênant dans la bande de fréquence des ondes millimétriques à partir de la racine.
Le chemin du signal est considérablement raccourci : les signaux critiques à haute vitesse-peuvent passer directement entre les couches adjacentes via des trous borgnes, réduisant ainsi la distance de transmission de plus de 30 % par rapport aux conceptions traditionnelles-à trous traversants, et réduisant de manière synchrone le retard du signal et la perte d'insertion.
Augmentation exponentielle de la densité de câblage : des trous borgnes peuvent être placés avec précision sur les plots BGA, en utilisant une conception « trou sur le plot » pour utiliser pleinement l'espace situé sous le BGA à pas fin, permettant ainsi d'obtenir facilement une sortie de fil à haute densité-.
Cartes HDI de différents ordres, adaptées aux limites de performances de différentshaute fréquencescénarios
L'« ordre » des cartes HDI est essentiellement le nombre de cycles d'empilement de trous borgnes laser, et les produits avec des ordres différents correspondent à des scénarios d'application complètement différents :
HDI de premier ordre (structure 1+N+1) : un seul trou borgne laser est foré de la couche externe à la deuxième couche, avec une technologie mature et une rentabilité élevée-. Il convient aux modules de communication 5G de milieu à bas de gamme et aux cartes de contrôle industrielles ordinaires, et peut répondre aux exigences conventionnelles de transmission de signaux haute fréquence -dans les 10 GHz.
HDI de deuxième ordre (structure 2+N+2) : fabriqué selon deux cycles d'empilement de trous borgnes laser bidirectionnels, prenant en charge des conceptions de micro-trous décalés et empilés, avec une ouverture minimale de 75 μm, une largeur de ligne et un espacement de 2,5/2,5 mil et une densité de câblage augmentée de plus de 20 % par rapport à l'HDI de premier-ordre. Il possède également une capacité d'interconnexion BGA élevée et constitue une structure grand public -rentable, adaptée aux cartes mères de calcul des robots.
HDI de troisième ordre et supérieur : trois cycles de trous borgnes laser ou plus, certains produits haut de gamme peuvent réaliser une interconnexion HDI Anylayer, et la couche la plus externe d'une seule carte peut supporter des trous borgnes laser de 500 000 niveaux, ce qui en fait le choix courant pour les cartes d'accélération IA actuelles et les commutateurs à grande vitesse-.
Couche arbitraire HDI de 5e ordre : nécessite plus de 6 cycles de compression, et toutes les couches peuvent être directement interconnectées via des trous borgnes laser, ce qui représente le plafond actuel de la technologie de fabrication de circuits imprimés, ciblant spécifiquement des scénarios de fréquence extrêmement élevée tels que les stations de base à ondes millimétriques 5G et les serveurs informatiques d'IA haut de gamme.
Produit typique : Processus de perçage laser et de remplissage par galvanoplastie Uniwell Circuits, pratique d'ingénierie pour la fabrication de cartes HDI haute fréquence-
En tant que fabricant profondément impliqué dans le domaine des circuits imprimés haut de gamme, Uniwell Circuits a déjà réalisé des cas de production de masse stables de cartes HDI haute fréquence dans différents secteurs et a accumulé une riche expérience dans la technologie des trous borgnes laser :
HDI de premier ordre à 16 couches : en utilisant le processus de pressage mixte RO4350B + high TG FR4, le diamètre minimum du trou borgne au laser est de 0,1 mm et la fiabilité de la métallisation des trous borgnes a été vérifiée par plusieurs cycles thermiques. Il est conçu spécifiquement pour les cartes de commande de robots industriels et peut toujours garantir des signaux de contrôle sans erreur dans des environnements électromagnétiques complexes.
Tests de semi-conducteurs à 48 couches : en adoptant les processus d'or par immersion, de galvanoplastie d'or épais et d'or nickel-palladium, la résistance à l'usure et la conductivité des plots de soudure sont améliorées, et la pile résiduelle du signal est strictement contrôlée dans les 6 mil, s'adaptant parfaitement aux exigences de haute densité et d'intégrité du signal élevée des tests de puces haut de gamme.
26 couchescartes de circuits imprimés rigides et flexibles : permet d'obtenir un alignement laser de trous borgnes de haute-précision sur des substrats flexibles et rigides, en tenant compte des caractéristiques de flexion flexibles et des capacités de transmission de signaux haute fréquence. Il est largement utilisé dans les équipements électroniques embarqués aérospatiaux et présente des performances stables dans des environnements à fortes vibrations et à large plage de températures.
Carte HDI 18 couches : fabriquée à partir d'un matériau FR408HR haute-vitesse, combinée à une conception à trou semi-borgne de premier-ordre, équilibrant le coût et les performances haute fréquence, c'est le choix courant pour les unités RF distantes des stations de base 5G.
L'avantage commun de ces produits est le contrôle précis de l'ensemble du processus d'énergie de perçage laser, de compensation d'expansion et de contraction par compression et d'uniformité de remplissage des trous de galvanoplastie. L'écart de position de chaque trou borgne est contrôlé à ± 25 µm et la rugosité de la paroi du trou est contrôlée au niveau micrométrique, garantissant la qualité de transmission des signaux haute fréquence depuis l'extrémité du processus.
Les principaux domaines d'application des cartes haute fréquence HDI pénètrent dans l'ensemble de l'industrie
La carte HDI haute-haute fréquence actuellement équipée de la technologie de trou borgne laser s'est rapidement étendue du secteur des communications à plusieurs domaines de fabrication-haut de gamme :
5G et réseaux de communication : stations de base à ondes millimétriques, modules optiques, routeurs à haut débit-, s'appuyant sur les caractéristiques de faible perte des cartes HDI pour obtenir une transmission de données stable au niveau des dizaines de Gbit/s.
Infrastructure informatique d'IA : serveurs d'IA, cartes d'accélération GPU, cartes mères de commutation à haute vitesse-utilisant des trous borgnes à haute-densité pour résoudre le problème d'interconnexion de signaux massifs à haute vitesse-, prenant en charge le calcul efficace de grands modèles d'IA.
Electronique automobile de conduite intelligente : le-radar à ondes millimétriques embarqué et le contrôleur de domaine ADAS intègrent un grand nombre de signaux de capteurs-à haute vitesse dans un espace étroit pour garantir le-temps réel et la fiabilité du système de conduite automatique.
Electronique aérospatiale et médicale : les équipements de communication aéroportés et les modules RF d’imagerie médicale peuvent maintenir une intégrité élevée du signal et répondre à des exigences de fiabilité élevées, même dans des environnements extrêmes.
HDI, haute fréquence, cartes de circuits imprimés flexibles et rigides