Choisir la bonne épaisseur de PCB : standards, conception et facteurs de fabrication

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Lorsqu'il s'agit de dimensions pour des applications de fabrication, les standards sont essentiels à comprendre et à utiliser. Cela est particulièrement vrai pour les circuits imprimés. Bien qu'il n'existe pas de standard officiel pour l'épaisseur des PCB, certaines tailles sont préférées et couramment utilisées parmi les entreprises de fabrication. Ces épaisseurs préférées sont fortement recommandées pour simplifier la conception, exploiter efficacement l'équipement de fabrication et minimiser les coûts. Cependant, l'épaisseur des PCB peut varier, et de nombreux concepteurs peuvent choisir de la modifier pour des raisons spécifiques de conception et de fabrication. Ici, nous examinons ce que signifie l'épaisseur « standard » des PCB et comment déterminer l'épaisseur pour votre prochain projet.

Quelle est l'épaisseur standard des PCB ?

L'épaisseur de base standard de MCL est de 0,062 pouce, soit 1/16 pouce, avec une tolérance de 10 %. C'est une épaisseur de PCB très courante et généralement considérée comme le standard industriel. La raison en est que 1/16 pouce était la taille des feuilles de Bakélite fabriquées aux premiers jours de la fabrication de PCB. Bien que cette épaisseur soit la plus courante, d'autres épaisseurs courantes sont utilisées dans la fabrication de PCB.

En plus des cartes de 0,062 pouce, les cartes de 0,031 pouce et 0,093 pouce sont couramment utilisées, répondant aux besoins de cartes plus robustes ou multicouches. Les cartes peuvent avoir d'autres épaisseurs, à l'intérieur et à l'extérieur de cette plage, mais celles-ci sont considérées comme les plus courantes.

11 facteurs qui influencent l'épaisseur des PCB

S'il est important de connaître les épaisseurs standard de l'industrie, de nombreux facteurs peuvent nécessiter une carte personnalisée. Selon ces facteurs de conception et de fabrication, votre carte peut devoir avoir une épaisseur non standard. Deux groupes principaux de facteurs influencent l'épaisseur des PCB — les facteurs de conception et les facteurs de fabrication. Nous les abordons plus en détail ci-dessous et vous aiderons à déterminer comment choisir une épaisseur de PCB pour votre projet.

Facteurs de conception qui influencent l'épaisseur des PCB

Les facteurs de conception sont pris en compte pendant la phase de conception du PCB. Ces facteurs se concentrent principalement sur la fonctionnalité et le but de la carte, plutôt que sur les considérations pratiques nécessitées lors de la fabrication, bien que les facteurs de fabrication aient un poids égal. Certains des facteurs de conception les plus importants qui influencent l'épaisseur des PCB incluent les suivants :

1. Taille, poids et flexibilité

Les cartes plus fines sont plus légères et plus flexibles que leurs homologues plus épaisses, mais se brisent plus facilement en raison de leur fragilité. Bien que les PCB flexibles doivent être fins pour atteindre leur flexibilité, les applications qui ne nécessitent pas de flexibilité peuvent bénéficier d'une carte légèrement plus épaisse pour l'intégrité structurelle. Cependant, bien que les cartes plus épaisses soient plus robustes, elles sont aussi plus lourdes et occupent plus d'espace dans un appareil. Ces deux caractéristiques peuvent poser problème pour les applications légères ou les appareils à capacité spatiale limitée. L'application finale du PCB détermine ces facteurs, qui doivent être parmi les premiers paramètres à définir avant de commencer la conception du PCB.

2. Épaisseur du cuivre

L'épaisseur du cuivre joue un rôle dans l'épaisseur globale du PCB. L'épaisseur de la couche de cuivre utilisée dépend généralement du courant qui doit traverser le PCB. L'épaisseur standard du cuivre est d'environ 1,4 à 2,8 mils (1 à 2 oz), mais cette épaisseur est ajustée selon les exigences uniques de la carte. Plus le cuivre est épais, plus la carte est épaisse et plus elle sera coûteuse en raison des besoins en matériaux et des défis de traitement.

3. Matériaux de la carte

Le fonctionnement et la durée de vie d'un PCB dépendent du choix des matériaux, mais ces choix influencent également l'épaisseur de la carte. La fabrication typique d'une carte consiste en le substrat, le stratifié, le masque de soudure et la sérigraphie. Parmi ceux-ci, le stratifié et le substrat sont les matériaux les plus importants à considérer, car ils fournissent la structure de la carte et influencent grandement l'épaisseur globale. Le substrat peut être constitué de papier et de résine époxy, de tissu de verre ou de céramique selon la constante diélectrique nécessaire. Les stratifiés, quant à eux, consistent en résine thermodurcissable et couches de papier ou de tissu. Les stratifiés et substrats existent en de nombreuses options qui déterminent les propriétés thermiques, mécaniques et électriques d'un circuit imprimé, mais déterminent également l'épaisseur globale de la carte.

4. Nombre de couches du PCB

Le nombre de couches du PCB influencera, compréhensiblement, l'épaisseur de la carte. Bien que l'épaisseur des PCB de 2 à 6 couches puisse se situer dans le seuil standard, l'épaisseur des PCB de 8 couches et plus peut ne pas y entrer. Bien que les fabricants puissent utiliser des couches de PCB plus fines pour atteindre une épaisseur standard, cela devient de plus en plus impraticable à mesure que le nombre de couches augmente. Concrètement, si votre conception nécessite plus de couches, prévoyez une plus grande épaisseur de PCB. Si la conception ne nécessite pas de multiples couches mais doit répondre à certains paramètres d'épaisseur, réduire le nombre de couches sera le meilleur choix.

5. Types de signaux

Les PCB transportent une large gamme de types de signaux, qui peuvent déterminer les matériaux nécessaires pour la carte et donc influencer son épaisseur. Par exemple, une carte qui transporte des signaux de haute puissance a besoin de cuivre plus épais et de pistes plus larges, ce qui signifie qu'elle sera significativement plus épaisse que les cartes fonctionnant dans un environnement à faible puissance. Les cartes haute densité avec des signaux plus complexes, cependant, utilisent généralement des microvias laser, des pistes fines et des matériaux haute performance minces, donc elles sont traditionnellement plus fines que les autres types de cartes.

6. Types de vias

Les vias PCB acheminent les pistes à travers les cartes au lieu de sur leurs surfaces, ce qui est important pour créer des conceptions plus compactes. De nombreux types de vias peuvent être utilisés, notamment :

• Via traversant
• Micro via
• Via aveugle
• Via enterré
• Via dans la pastille

Le type et la densité des vias utilisés joueront un facteur dans l'épaisseur nécessaire de la carte pour les accommoder. Par exemple, les microvias peuvent être utilisés sur des cartes plus fines, car ils sont plus petits et destinés aux connexions haute densité.

7. Environnement de fonctionnement

L'épaisseur de la carte, ainsi que les matériaux dont elle est constituée, affecteront la conductivité et la résistance d'un PCB, rendant différentes épaisseurs souhaitables dans différents environnements. Par exemple, une carte fine ou flexible peut ne pas être le choix optimal pour des environnements de fonctionnement rudes. De plus, les pistes de cuivre plus épaisses sont moins stables thermiquement avec un courant élevé, les rendant sous-optimales pour les environnements thermiquement variables ou à courant élevé. Les connecteurs et composants sur le PCB sont également critiques, car ils ont certaines exigences de matériaux et de performance qui peuvent se rapporter à l'épaisseur de la carte.

Sur la base de ces facteurs, les concepteurs peuvent raisonnablement évaluer si une épaisseur de PCB standard ou personnalisée est la plus souhaitable. Cependant, l'étape de conception ne s'arrête pas là — le fabricant doit ensuite s'impliquer pour discuter de ses capacités et de la manière dont elles peuvent influencer la conception finale du PCB.

Facteurs de fabrication qui influencent l'épaisseur des PCB

En plus des facteurs de conception en jeu, les capacités de fabrication jouent également un rôle significatif dans la conception finale du PCB, y compris l'épaisseur. Certains facteurs de fabrication à considérer incluent les suivants :

8. Équipement de perçage

Bien que les concepteurs accordent souvent de l'attention à la taille et à l'espacement des trous de perçage pour des objectifs de performance, les processus de fabrication de perçage ajoutent une couche de complexité. Lors du perçage de trous traversants de tout type, les fabricants sont limités par l'épaisseur de la carte et les capacités de diamètre et de profondeur des fraiseuses et lasers. Cette limitation s'exprime par un rapport d'aspect, qui est le rapport entre la profondeur du trou et le diamètre du trou de perçage. Pour le perçage standard, tous les fabricants devraient pouvoir atteindre un rapport d'aspect de 7:1. Certains fabricants peuvent atteindre un rapport d'aspect plus élevé, mais cela doit être discuté avec le fabricant avant de finaliser la conception de la carte, et cela se fait généralement à un prix plus élevé. Pour les cartes plus épaisses, cela signifie que les fabricants sont moins capables de réaliser des trous de petit diamètre.

9. Épaisseur du cuivre

Les pistes de cuivre sont créées par gravure, qui est l'une des étapes les plus importantes de la fabrication de PCB. Les processus de fabrication incluant la gravure ou le placage dépendent de l'épaisseur de la couche de cuivre interne. Pour cette raison, des couches de cuivre plus épaisses affecteront la fabricabilité, impactant potentiellement la conception et le coût du produit PCB final.

10. Nombre de couches

Comme discuté précédemment, plus il y a de couches sur un PCB, plus il est difficile de le fabriquer à une épaisseur standard. Bien que des fabricants spécialisés puissent créer des PCB empilés avec des couches plus fines pour accommoder une épaisseur spécifique, cette capacité n'est pas universelle et s'accompagne souvent d'un prix grandement augmenté. Assurez-vous de discuter de vos besoins en couches avec le fabricant avant de finaliser la conception pour déterminer leurs capacités et ce qu'ils peuvent réaliser.

11. Méthode de dépanélisation

Un autre facteur de fabrication à considérer est la dépanélisation. Les fabricants produisent les PCB dans un grand panneau contenant plusieurs cartes, puis séparent les panneaux en cartes individuelles. L'épaisseur de la carte influence les méthodes de dépanélisation qui peuvent être utilisées — les cartes plus épaisses peuvent avoir besoin d'être soigneusement dépanélisées par rainurage, tandis que les cartes plus fines peuvent être routées pour créer des languettes de rupture. Encore une fois, travaillez en étroite collaboration avec le fabricant pour discuter des méthodes et exigences de dépanélisation et de la manière d'adapter la conception du PCB pour optimiser la dépanélisation.

Discutez de tous ces facteurs de fabrication avec votre fabricant avant de finaliser la conception du PCB, car ils dépendent des capacités et des coûts du fabricant. Si vous n'avez pas cette conversation tôt dans le processus de conception, vous pourriez vous retrouver à modifier votre conception ou à la reconcevoir complètement, augmentant les coûts de votre projet.

3 facteurs à considérer lors du choix de l'épaisseur du PCB

Parfois, les concepteurs concluront qu'une épaisseur standard est la meilleure pour leur application, tandis que d'autres décideront qu'il est préférable de personnaliser. Bien que votre conception finale puisse vous orienter vers l'une ou l'autre option, l'épaisseur finale de votre PCB influencera de nombreux facteurs déterminants pour les coûts. Certains des facteurs les plus significatifs à considérer lors de vos choix finaux de conception et de fabrication sont listés ci-dessous :

1. Capacités de l'équipement

La première considération est de savoir si votre fabricant dispose de l'équipement pour fabriquer l'épaisseur de carte dont vous avez besoin. Les domaines spécifiques à aborder sont listés dans la section « Facteurs de fabrication » ci-dessus, mais cette détermination doit être faite dès le début du processus de conception. Si votre application nécessite certaines fonctionnalités qui ne sont réalisables qu'en utilisant des techniques de conception avancées, il peut être préférable de rechercher des fabricants capables d'accommoder ces besoins dès le début. Il est important de se rappeler, cependant, que toute technique avancée entraînera des coûts plus élevés.

2. Délai d'exécution

Bien que les épaisseurs standard de PCB nécessitent très peu d'ajustements, les épaisseurs personnalisées nécessitent des changements coûteux en temps. Toute épaisseur personnalisée peut obliger les fabricants à modifier les paramètres et processus d'équipement pour accommoder les besoins uniques de la conception. Ces ajustements prennent du temps, ce qui retardera le début de la fabrication et augmentera potentiellement le délai d'exécution. Toute fonctionnalité de conception complexe augmentera davantage le temps requis pour la fabrication. Si vous choisissez de poursuivre une épaisseur de PCB personnalisée, assurez-vous d'en discuter avec le fabricant pour obtenir un calendrier approximatif et ajuster votre estimation de livraison en conséquence.

3. Coût supplémentaire

Enfin, vous devez vous assurer d'évaluer si une carte personnalisée sera rentable pour votre entreprise. Les cartes d'épaisseur standard n'entraîneront pas les mêmes coûts et retards de fabrication qu'une carte d'épaisseur personnalisée, donc votre entreprise doit évaluer attentivement le coût par rapport au bénéfice. Bien que le coût de matériaux spéciaux nécessaires pour accommoder une épaisseur standard puisse être plus élevé, ce coût peut être un compromis valable par rapport aux changements requis pour accommoder une carte d'épaisseur personnalisée.

Contactez Millennium Circuits

Il existe de nombreux choix en termes d'épaisseur de PCB bien au-delà de ce qui est considéré comme « standard ». Bien que l'utilisation d'une épaisseur standard de PCB entraîne généralement une fabrication plus rapide et moins coûteuse, les épaisseurs personnalisées garantissent que vous obtenez toute la fonctionnalité dont vous avez besoin pour votre application unique. Quel que soit votre choix, vous devez vous associer à un fournisseur de PCB capable de répondre à vos besoins et d'offrir des conseils d'experts. MCL est là pour vous aider.

Millennium Circuits Limited est un fournisseur de circuits imprimés basé en Pennsylvanie. En tant que leader de notre industrie, notre objectif est de donner à nos clients les meilleurs PCB à chaque fois. Quel que soit le type ou le volume de PCB que nous générons, nous nous efforçons de fournir un service client de premier ordre avec des produits conçus par des experts, bien produits et à des prix compétitifs.

MCL sert plus de 400 clients dans le monde entier avec des sites de fabrication nationaux et à l'étranger. Si vous êtes intéressé par nos capacités ou souhaitez discuter des options d'épaisseur de PCB, contactez Millennium Circuits dès aujourd'hui pour toute question.