No 2 2022
Les PCB Ultra HDI imposent de fortes exigences en matière de technologie et de fabrication
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L’industrie électronique d’aujourd’hui se caractérise par toujours plus de miniaturisation. La taille des composants ne cesse de réduire, ce qui impose de nouvelles exigences de conception aux PCB destinés à les accueillir. NCAB Group est résolument engagé dans les travaux de l’IPC visant à développer des normes pour les PCB Ultra HDI. En 2023, le groupe sera en mesure de livrer ces types de carte à ses clients.
La miniaturisation concerne un nombre sans cesse croissant d’applications électroniques. Ainsi, les composants BGA ont aujourd’hui des largeurs de piste extrêmement réduites et un isolement minimal sur les PCB pour une utilisation dans des conceptions encore plus denses que sur les circuits imprimés HDI. Autrefois, les cartes avec des épaisseurs diélectriques et des isolements de 50µm étaient considérées comme très denses.
« NCAB reçoit tous les jours des demandes de renseignement concernant des circuits imprimés dont les exigences portent sur des largeurs de piste et des isolement inférieurs à celles des cartes HDI. »
Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group
« Les nouveaux composants hautement miniaturisés sont utilisés, entre autres, dans la technologie des télécommunications 5G, dans les capteurs et dans les smartphones haut de gamme. Cette technologie commence à s’étendre à d’autres segments de l’industrie. NCAB reçoit tous les jours des demandes de renseignement concernant des circuits imprimés dont les exigences portent sur des largeurs de piste et des isolement inférieurs à celles des cartes HDI. C’est notamment le cas pour certaines applications médicales et dans l’industrie automobile, » explique Jan Pedersen, Director of Technology chez NCAB Group.
Qu’est-ce qu’un PCB Ultra HDI ?
Pour être défini comme une carte Ultra HDI, le PCB doit avoir :
- Une largeur de piste et un isolement inférieurs à 50 µm
- Une épaisseur diélectrique inférieure à 50 µm
- Un diamètre des microvia inférieur à 75 µm
- Des caractéristiques supérieures à la norme IPC 2226 niveau C existante
Une insuffisance de normes industrielles pour l’Ultra HDI
Un problème se pose concernant la conception de ces PCB et les exigences de performance et de qualité qu’elles doivent satisfaire : les normes industrielles manquent. Les fabricants qui, à ce jour, produisent des cartes Ultra HDI travaillent depuis longtemps avec de grandes entreprises telles qu’Apple, Intel, Samsung et d’autres encore. Ces acteurs ont massivement investi dans les usines concernées, compliquant ainsi l’accès à la technologie pour les autres.
Certaines usines peuvent fabriquer des PCB avec une épaisseur de diélectrique et des isolements inférieurs à 50 µm. Cependant, elles ne sont pas toutes en mesure d’obtenir des isolements très faibles, par exemple 20 à 25 µm, qui peuvent être requis aujourd’hui. Pour remédier à ces problèmes et créer une norme industrielle adaptée, l’association mondiale des IPC a créé un groupe de travail dédié à l’Ultra HDI. Jan Pedersen préside ce groupe.
« J’étais Président de la Commission Médicale de l’IPC, où nous discutions de la question des nouvelles exigences et des nouveaux paramètres. Ce débat a progressivement évolué pour finalement aboutir à la formation de ce groupe de travail. Au cours des trois dernières années, le groupe a travaillé à la mise en œuvre d’une nouvelle norme IPC relative à ce que nous appelons aujourd’hui les PCB Ultra HDI. Nous avons réalisé un guide afin d’établir des normes de conception et de fabrication pour ces cartes, » explique Jan Pedersen.
« Les nouveaux composants hautement miniaturisés sont utilisés, entre autres, dans la technologie des télécommunications 5G, dans les capteurs et dans les smartphones haut de gamme.»
Jan Pedersen, Director of Technology, NCAB Group
Des investissements importants nécessaires
On entend par PCB Ultra HDI des produits dont les largeurs de piste, les isolements et l’épaisseur diélectrique sont inférieures à 50 µm, dont le diamètre des microvia est inférieur à 75 µm et dont les caractéristiques dépassent la norme IPC 2226 niveau C existante. Pour permettre aux usines de fabriquer des PCB Ultra HDI, de nombreux changements sont nécessaires. Des investissements doivent être réalisés à la fois dans les équipements et dans les procédés de fabrication.
Auparavant, les développements subissaient le « paradoxe de l’œuf et de la poule ». Aujourd’hui, pour que les usines puissent développer leurs capacités, elles ont d’abord besoin d’une norme qui leur servira de base pour la fabrication des PCB. Grâce aux directives que le groupe de travail des IPC publiera à l’automne, l’industrie disposera d’un plan d’action commun sur lequel s’appuyer.
Travail interne pour soutenir les usines
– Chez NCAB, un conseil technique interne travaille pour aider nos usines à renforcer leur capacité à répondre aux exigences de l’Ultra HDI. À cet égard, le « mSAP » (modified Semi-Additive Processing) consiste à déposer du cuivre sur une fine couche au lieu d’être gravé sur une épaisseur plus importante (il s’agit d’un process « additif » et non « soustractif » de cuivre). Cette méthode est également meilleure pour l’environnement, puisqu’elle nécessite moins de cuivre. Certaines usines sont déjà en mesure de l’utiliser jusqu’à une certaine limite, » affirme Jan Pedersen.
Le niveau accru de miniaturisation exige également que le schéma puisse être transféré sur le PCB à une résolution suffisamment élevée. L’usine doit donc disposer d’un équipement de pointe d’imagerie directe au laser (LDI – Laser Direct Imaging). De plus, l’environnement doit être extrêmement propre pour éviter la contamination et la poussière, ce qui nécessite des investissements considérables. Les processus de test et l’équipement d’inspection optique automatique (AOI – Automated Optical Inspection) doivent également faire l’objet d’une mise à jour afin de détecter et d’éviter les défauts potentiels des cartes. De même, il convient de tenir compte de l’équipement et de la chimie durant la métallisation cuivre. La miniaturisation va également générer un besoin de matières plus propres et plus homogènes.
« Dans le travail de soutien que NCAB apporte aux usines, ma position de Président du groupe de travail IPC est bien sûr un avantage : j’ai une bonne connaissance des défis qu’implique l’Ultra HDI. Nos usines, notamment celles présentes en Chine, sont déjà pleinement engagées dans le développement de leurs capacités et nous espérons qu’elles commenceront à livrer des cartes Ultra HDI en 2023, » explique Jan Pedersen.
Exigences requises pour la fabrication de PCB Ultra HDI
Les usines de PCB qui se lancent dans la fabrication de cartes Ultra HDI doivent répondre à des exigences plus strictes en matière d’équipement et d’environnement de production :
- Équipement LDI de pointe
- Environnement extrêmement propre
- Tests plus approfondis
- Équipement AOI de dernière génération
- Équipement et chimie pour la métallisation cuivre de dernière génération
- Nouvelles méthodes telles que le mSAP
- Nouveaux matériaux plus propres et plus homogènes
Quel est le rôle du conseil technique de NCAB Group ?
De par sa position de Director of Technology, Jan Pedersen dirige le conseil technique interne de NCAB. Celui-ci réunit 60 techniciens du groupe.
À l’intérieur du conseil, un certain nombre de groupes de réflexion plus petits ont été créés (13 jusqu’à présent), afin d’acquérir un savoir spécialisé, par exemple dans différentes technologies, et de répondre aux besoins variés de l’industrie. L’un de ces groupes de réflexion est le groupe Ultra HDI qui collabore actuellement avec les usines de PCB de NCAB pour leur permettre de répondre aux besoins de miniaturisation. Jan Pedersen souligne deux autres groupes susceptibles d’apporter une grande valeur ajoutée aux clients de NCAB.
« L’un d’eux rassemble et documente les questions techniques courantes que notre équipe de Factory Management reçoit des usines de PCB avec lesquelles nous collaborons. Les questions, qui s’adressent à nos clients, concernent généralement des sujets tels que des conceptions que les usines ont jugé inadaptées à la fabrication. Nous sommes en train de compiler toutes ces données dans un document de formation pour permettre à nos clients, à nos usines et à nous-mêmes chez NCAB d’en tirer des enseignements. Côté fournisseurs, il peut nous aider à mieux gérer des problèmes de toutes sortes, » affirme Jan.
Les choix technologiques et les processus peuvent réduire l’impact environnemental
Le deuxième groupe de discussion mentionné par Jan est un groupe récemment créé qui concentre ses efforts sur le développement durable. Ce groupe examine dans quelle mesure il est possible de calculer l’impact des différentes technologies et des procédés liés à la fabrication de PCB sur le développement durable.
« Parce que le développement durable est très important pour NCAB, nous aidons nos clients à prendre des décisions informées qui incluent également une perspective de développement durable. Par exemple, nous pouvons expliquer à un client l’impact environnemental du passage d’une carte de 6 à 12 couches. Nous sommes aujourd’hui à la recherche de méthodes pour quantifier et rendre mesurable ce type de facteurs, ce qui serait totalement nouveau dans le secteur, » conclut Jan Pedersen.