Petits trous, grand impact. L'électronique moderne exige des connexions plus petites, plus rapides et plus fiables. Sans microvias, votre smartphone ressemblerait à une brique des années 1980, et ses performances seraient tout aussi médiocres.
Les microvias pour circuits imprimés HDI[^1] sont essentiels pour les appareils compacts et rapides. Ils permettent des circuits imprimés plus fins, une transmission du signal plus rapide et une meilleure gestion thermique par rapport aux trous traversants traditionnels, essentiels pour les téléphones 5G, les montres connectées et les objets connectés fonctionnant dans des espaces restreints.
Développons ensemble les raisons pour lesquelles ces tunnels microscopiques révolutionnent la fabrication électronique, et ce que les ingénieurs doivent savoir sur leurs capacités et leurs limites.
Que sont exactement les microvias pour circuits imprimés HDI ?
Cessez d'imaginer des trous de perçage à l'ancienne. Les microvias cuivrés des cartes HDI sont des tunnels réalisés au laser, plus petits qu'un cheveu, reliant les différentes couches des circuits imprimés avancés.
Les microvias sont des connexions verticales percées au laser et remplies de cuivre (généralement < 150 µm de diamètre) qui créent des passages entre les couches des circuits imprimés à interconnexion haute densité. Ils sont disponibles en configurations borgnes, enterrées, empilées et décalées pour un empilement dense de composants.
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Trois variantes clés de microvias
Les microvias répondent à des défis de conception spécifiques :
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Microvias borgnes[^2]
Connectent les couches externes à la première couche interne.
Diamètre : 50-100 µm.
Profondeur : rapport hauteur/largeur ≤ 1:1. -
Enfouis Microvias[^3]
Liaison des couches internes sans surfaçage
Nécessite une stratification séquentielle
Permet la réalisation de cartes complexes à plus de 12 couches -
Empilés ou décalés
| Type | Gain de place | Risque de fiabilité | Utilisation typique |
|---|---|---|---|
| Empilés | Plus élevés | Contrainte thermique | Conceptions ultra-compactes |
| Décalés | Modérés | Taux de défaillance plus faible | Applications haute fiabilité |
Les configurations décalées (décalage entre les couches) améliorent la stabilité mécanique, tandis que les versions empilées (alignement vertical direct) optimisent le gain de place pour les dispositifs portables.
Pourquoi les microvias sont-ils meilleurs que les vias traversants traditionnels ?
Imaginez que vous essayez de garer un SUV sur un emplacement pour moto. Il s'agit des vias traversants traditionnels des circuits imprimés modernes : encombrants et encombrants.
Les microvias permettent de gagner jusqu'à 70 % d'espace par rapport aux vias traversants. Leur taille réduite réduit la longueur du trajet du signal (critique pour les signaux de plus de 25 GHz) et améliore la dissipation thermique, permettant un routage complexe sous les boîtiers BGA.
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Comparaison des performances
| Caractéristiques | Microvias | Vias traversants |
|---|---|---|
| Diamètre typique | 15-150 µm | 300-600 µm |
| Rapport hauteur/largeur | ≤ 1:1 | Jusqu'à 10:1 |
| Retard du signal | 0,3-1,2 ps | 2-5 ps |
| Gain de place | 8-10 vias/mm² | 1-2 vias/mm² |
| Résistance thermique | 15-25 °C/W | 30-50 °C/W |
Les rapports d'aspect plus serrés empêchent les vides de placage pendant la fabrication. Pour les BGA au pas de 0,4 mm, seuls les microvias offrent une densité de routage d'échappement suffisante.
Les microvias améliorent-ils l'intégrité du signal dans les conceptions haute vitesse ?
La dégradation du signal à plus de 28 GHz transforme les pistes de circuits imprimés en antennes radio. Les microvias agissent comme des agents de la circulation : ils dirigent les signaux efficacement sans interférence.
Des microvias bien conçus réduisent la réflexion de 60 % par rapport aux trous traversants dans les circuits 5G/mmWave. Leurs portées verticales plus courtes minimisent les discontinuités d'impédance et le couplage capacitif entre les couches.
Quatre facteurs d'intégrité du signal](https://www.ipc.org/system/files/technical_resource/E24%2600028.pdf)[^1]
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Effets de stub réduits
Les trous traversants créent des portions de vias inutilisées (stubs), provoquant des réflexions du signal. La faible profondeur des microvias (≤ 100 µm) élimine ce problème au-delà de 10 GHz. -
Impédance contrôlée
La précision laser permet un contrôle de l'impédance de ±5 % grâce à :- Une tolérance de diamètre plus stricte (±5 µm contre ±50 µm)
- Un placage de cuivre plus lisse
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Atténuation de la diaphonie
Un espacement plus serré des vias (pas de 150 à 200 µm) permet un meilleur blindage de masse entre les paires différentielles à haut débit. -
Compatibilité des matériaux
Fonctionne avec des diélectriques à faible Dk/Df comme le Megtron 6 et le FR408HR pour les signaux PAM4 112G.
Quelle est la taille maximale des microvias ? Explication des limites de conception
Repousser les limites des microvias, c'est comme jouer sur le fil du rasoir : trop petit et trop fiableChute brutale.
Les microvias de production actuels atteignent un diamètre de 15 µm avec une taille de pastille de 20 µm. Les limites pratiques sont de 50 µm de diamètre (perçage mécanique) et de 25 µm (laser), contraintes par la qualité du cuivrage et la rigidité diélectrique.
Obstacles techniques et solutions
| Facteur de limitation | Capacité actuelle | Point de rupture | Stratégie d'atténuation |
|---|---|---|---|
| Précision laser | ±3 µm | 180 °C) comme l'Isola Astra MT77 minimisent la dilatation selon l'axe Z. |
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Procédé de placage
Le placage autocatalytique au cuivre + impulsion permet d'obtenir des parois en cuivre ductiles de 12 µm (contre 5 µm pour un placage cassant). -
Options de remplissage
Les remplissages conducteurs (époxy argent) ou non conducteurs (résine) empêchent la formation de vides :Type de remplissage Conductivité thermique Coût Idéal pour Conducteur 65 W/mK Élevé Points chauds thermiques Non conducteur 0,3 W/mK Moyen Usage général -
Règles de conception
- 300 µm de distance par rapport au bord de la carte
- Rapport pastille/via 2:1
- Pas de via dans la pastille pour les composants > 5 mm²
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Protocoles de test
Des coupons de test en guirlande à 6 couches vérifient la conformité HALT 8 kV avant la production.
Conclusion
Les microvias HDI permettent de concevoir des dispositifs plus intelligents et plus compacts, des stimulateurs cardiaques aux communications par satellite. Avec l'émergence de capacités laser de 5 µm, ils continueront de stimuler la miniaturisation de l'électronique tout en répondant aux exigences strictes de fiabilité des secteurs automobile et aérospatial.
[^1] : Découvrez comment les microvias HDI pour circuits imprimés améliorent les performances des appareils et la flexibilité de conception, deux éléments essentiels pour l'électronique moderne.
[^2] : Découvrez les microvias borgnes et leur rôle dans la connexion efficace des couches dans les circuits imprimés haute densité.
[^3] : Découvrez les avantages des microvias enterrés pour les conceptions de circuits imprimés complexes et leur impact sur les performances.
[^4] : Découvrez le rôle essentiel des microvias dans le maintien de l'intégrité du signal pour les conceptions de circuits imprimés avancées, notamment pour la technologie 5G.
