Solutions professionnelles d'empilement de couches PCB pour conception multicouche avancée

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Les circuits imprimés (PCB) deviennent de plus en plus complexes, avec plus de fonctions et de circuits s'intégrant dans une seule carte. Les PCB monocouches deviennent eux-mêmes de plus en plus compliqués, mais les agencements PCB doivent fournir encore plus de fonctionnalités dans des espaces compacts. En conséquence, de nombreux fabricants se tournent vers les empilements de couches PCB multicouches. Alors, qu'est-ce qu'un empilement PCB ? Comment fonctionne-t-il, et en avez-vous besoin pour vos applications ? Voici quelques points essentiels sur les empilements PCB pour vous aider à prendre une décision éclairée.

Le but des empilements de couches PCB

Un empilement PCB fait référence à l'arrangement des couches de cuivre et d'isolant qui composent un PCB. Ces couches sont arrangées de manière à obtenir plusieurs circuits imprimés sur le même dispositif. À leur niveau le plus basique, les PCB multicouches comportent au moins trois couches conductrices. La couche inférieure est synthétisée avec la carte d'isolation, et chaque couche de circuit est connectée à la suivante.

Bien que le multicouche PCB crée une carte plus complexe et gain de place, les empilements PCB offrent également les avantages suivants :

• Maximiser la fonctionnalité : Les PCB multicouches peuvent multiplier la vitesse et la fonctionnalité du dispositif, pour une carte plus fonctionnelle.
• Minimiser la vulnérabilité : Les empilements de couches peuvent aider à protéger les couches internes du bruit externe, les rendant moins vulnérables aux forces extérieures dommageables.
• Réduire les rayonnements : Les empilements de couches PCB bien conçus peuvent vous aider à minimiser les rayonnements de votre dispositif, en particulier dans les agencements à haute vitesse. Il est important de noter, cependant, que de mauvaises conceptions avec des inadaptations d'impédance peuvent facilement entraîner un rayonnement EMI plus important qu'un PCB normal.
• Réduire les coûts : De bons empilements de couches PCB peuvent également aider à atteindre une fabrication à moindre coût en plaçant plusieurs circuits sur une seule carte. Une seule carte signifie une fabrication rationalisée pour la carte, la pièce dans laquelle la carte sera utilisée et l'emballage pour l'ensemble complet.

En plus de ces avantages, les empilements PCB réduisent également les problèmes d'inadaptation d'impédance et de diaphonie de signal. Tous ces avantages rendent la création d'empilements PCB hautement souhaitable.

Objectifs lors de la création d'un empilement PCB multicouche

Les empilements PCB multicouches sont conçus soigneusement pour répondre à certains besoins de conception. Les objectifs de base que les PCB multicouches devraient atteindre incluent les suivants :

1. Les plans de masse et d'alimentation sont couplés aussi étroitement que possible.
2. Les couches de signal sont toujours adjacentes aux plans.
3. Les couches de signal sont couplées aussi étroitement que possible à leurs plans.
4. Les signaux à haute vitesse sont routés à travers des couches enterrées entre les plans pour contenir les rayonnements.
5. Plusieurs plans de masse sont inclus pour réduire l'impédance et les rayonnements.

Bien que vous devriez essayer d'atteindre autant de ces objectifs que possible, il est important de noter que tous les empilements PCB ne répondront pas à tous ces buts — en fait, seules les cartes à 8 couches peuvent atteindre les cinq objectifs. Vous devriez travailler en étroite collaboration avec votre équipe d'ingénierie PCB pour déterminer quels objectifs sont la priorité la plus élevée pour votre empilement PCB.

Autres facteurs à considérer lors de la création d'un empilement PCB multicouche

En plus des objectifs ci-dessus, il y a d'autres facteurs de conception à considérer lors du développement d'un empilement PCB multicouche. Certains des problèmes essentiels à résoudre incluent les suivants :

• Décalage inter-couches : Les couches peuvent facilement être décalées lors de la création d'un empilement PCB multicouche. Pour l'éviter, utilisez une méthode de fusion à chaud et de rivetage et goujon pour la conception des côtés de la carte.
• Blanchiment de l'empilement : La délamination sous forme de blanchiment est courante lors de l'empilement des cartes. Pour l'éviter, ajoutez des plots avec une plaque époxy lors de l'assemblage des cartes. Ces plots aideront à équilibrer la pression pour éliminer le blanchiment.
• Matériaux de base : Les PCB monocouches peuvent être fabriqués avec des matériaux de substrat standard ou des noyaux en aluminium. Cependant, il est important de noter que les PCB à noyau en aluminium ne sont pas disponibles pour les empilements multicouches, car les PCB multicouches en aluminium sont extrêmement difficiles à fabriquer.
• Cohérence des matériaux : Les PCB multicouches devraient utiliser les mêmes matériaux des fabricants pour le noyau et le préimprégné. L'utilisation de matériaux de différents fabricants peut entraîner des problèmes lors du laminage.
• Courbure et torsion : Des problèmes de courbure et de torsion peuvent survenir si le cuivre est inégalement réparti dans les empilements multicouches. Pour cette raison, les concepteurs PCB devraient concevoir tous les PCB multicouches de manière symétrique — les poids de cuivre, l'épaisseur du préimprégné et l'épaisseur du noyau devraient être symétriques.

En plus de ces facteurs, il est essentiel de surveiller et de concevoir attentivement les émissions PCB. Assurez-vous d'optimiser la conception pour minimiser les émissions et éviter les problèmes courants dans les conceptions qui peuvent entraîner des boucles de retour.

Types courants d'empilements de couches PCB

Maintenant que vous connaissez les bases de conception à surveiller dans les empilements multicouches PCB, il est important de connaître les types d'empilements disponibles et comment choisir la bonne conception d'empilement pour vos besoins. Il existe cinq types d'empilements de couches PCB — 2 couches, 4 couches, 6 couches, 8 couches et 10 couches. Le nombre de couches dont vous avez besoin est principalement déterminé par la taille du circuit, la taille de la carte et les exigences EMC pour la carte. À partir de là, vous pouvez déterminer la disposition de la carte.

Chaque type de carte est décrit plus en détail ci-dessous, ainsi que les conditions dans lesquelles ils sont souvent utilisés.

2 couches

Souvent appelés PCB double face, les PCB 2 couches sont probablement les types de PCB multicouches les plus courants car ils peuvent accueillir des interconnexions des deux côtés. Ces PCB se composent de trois couches de matériau, dont deux sont fonctionnelles :

• Couche de signal : Cette couche supérieure consiste en du cuivre avec une épaisseur approximative de 0,0014 (1 oz.) pouces à 0,0021 pouces (2 oz.).
• Noyau stratifié : Le noyau stratifié sépare les couches de cuivre supérieure et inférieure, les maintenant isolées. Les vias créent des connexions entre les deux côtés de la carte.
• Couche inférieure : Cette deuxième couche de cuivre est similaire à la couche de signal avec une épaisseur approximative de 0,0014 pouces (1 oz.) à 0,0021 pouces (2 oz.).

Ces PCB sont peu coûteux et relativement faciles à produire, c'est pourquoi ils sont souvent favorisés par rapport aux conceptions 4, 6, 8 et 10 couches plus coûteuses. Ils sont également hautement fonctionnels car il n'y a pas de délais de propagation, et ils ont tendance à avoir moins de problèmes de conception potentiels par rapport aux autres options d'empilement.

4 couches

En termes d'empilements PCB, les PCB 4 couches sont la deuxième option la plus courante dans les cartes multicouches. Ces PCB ont quatre couches pour acheminer les signaux électriques. Ces couches sont sandwichées ensemble, avec une couche supérieure et inférieure à l'extérieur et deux couches internes contenues entre elles. Les couches supérieure et inférieure sont là où les composants et le routage sont placés. Les couches internes, cependant, ne peuvent pas faire de connexions externes, elles sont donc souvent utilisées comme plans d'alimentation ou pour le routage de signaux, ce qui améliore la qualité des signaux de trace et réduit les émissions EMI. Il n'est pas recommandé de faire des couches internes des couches de signal — si vous avez besoin de quatre couches de signal, il est recommandé d'envisager une carte 6 couches.

Les deux couches internes sont séparées l'une de l'autre par une couche de noyau, et les couches supérieure et inférieure sont séparées des couches internes par du préimprégné. Cela donne un empilement de couches qui ressemble à ce qui suit :

• Couche supérieure
• Préimprégné
• Couche interne 1
• Noyau
• Couche interne 2
• Préimprégné
• Couche inférieure

Bien que plus chers à prototyper et produire que les PCB 2 couches, les PCB 4 couches offrent une fonctionnalité globale supérieure. Avec une conception réfléchie, ils peuvent également offrir une excellente intégrité de signal et des capacités CEM.

6 couches

Un PCB 6 couches est fonctionnellement un PCB 4 couches avec deux couches de signal supplémentaires. Au total, les empilements 6 couches comprennent quatre couches de routage — deux internes et deux externes — et deux plans internes pour la masse et l'alimentation. Globalement, les couches sont organisées comme suit :

• Couche supérieure
• Préimprégné
• Plan de masse
• Noyau
• Couche de routage
• Préimprégné
• Couche de routage
• Noyau
• Plan d'alimentation
• Préimprégné
• Couche inférieure

La conception décrite ci-dessus est la plus courante, car elle équilibre la signalisation haute vitesse avec le contrôle EMI. La conception y parvient en faisant passer les signaux haute vitesse à travers les deux couches enterrées tout en faisant passer les signaux basse vitesse à travers les couches de surface.

Cependant, cette conception n'est pas efficace pour toutes les applications. Les conceptions haute vitesse, par exemple, maintiennent les plans de masse et d'alimentation côte à côte. Les conceptions conçues pour de faibles émissions EMI, en revanche, ont des plans de masse supplémentaires pour aider au blindage. Si vous vous demandez quelle variante de conception conviendra le mieux à votre application, travaillez toujours en étroite collaboration avec votre concepteur et fournisseur PCB pour déterminer les meilleures options.

8 couches

L'empilement PCB 8 couches offre encore plus d'options que la carte 6 couches en ajoutant deux couches supplémentaires pour le routage ou la performance. C'est aussi la première carte listée qui peut atteindre les cinq objectifs de conception PCB multicouche.

Les empilements PCB 8 couches typiques placent les couches d'alimentation et de masse au centre, offrant une bonne capacitance entre les couches ainsi qu'une séparation entre les deuxième et troisième plans de signal pour protéger l'intégrité du signal. Cela donne un empilement PCB 8 couches courant qui ressemble à ce qui suit :

• Couche de signal 1
• Préimprégné
• Plan de masse
• Noyau
• Couche de signal 2
• Préimprégné
• Plan d'alimentation
• Noyau
• Plan de masse
• Préimprégné
• Couche de signal 3
• Noyau
• Plan d'alimentation
• Préimprégné
• Couche de signal 4

Ces PCB ne comportent pas plus de quatre plans de signal — au lieu de plans de signal ajoutés, ces PCB comportent plus de plans de masse et d'alimentation pour optimiser les performances CEM. Bien que cela puisse sembler sous-optimal compte tenu du coût supplémentaire de fabrication d'un PCB 8 couches par rapport à un 6 couches, il y a une bonne raison de choisir cette option. Bien que les PCB 8 couches soient plus chers que les options 2, 4 et 6 couches, l'augmentation en pourcentage du coût d'un PCB 8 couches par rapport à un 6 couches est inférieure à l'augmentation en pourcentage du coût d'un 6 couches par rapport à un 4 couches. La plus petite augmentation rend beaucoup plus facile de justifier l'augmentation de coût pour la performance d'émissions améliorée.

10 couches

Si votre conception nécessite six couches de routage, alors vous devriez envisager une carte 10 couches. Un empilement PCB 10 couches comporte six couches de signal et quatre plans, avec un couplage serré entre les plans de signal et de retour. Les conceptions 10 couches typiques sont organisées comme suit :

• Couche de signal 1
• Plan de masse
• Couche de signal 2
• Couche de signal 3
• Plan d'alimentation
• Plan de masse
• Couche de signal 4
• Couche de signal 5
• Plan d'alimentation
• Couche de signal 6

Pour cet arrangement, les signaux haute vitesse sont généralement routés sur les couches de signal internes. Lorsqu'ils sont empilés et routés de manière appropriée, cette configuration peut offrir à la fois une excellente intégrité de signal et d'excellentes performances CEM. Il n'est pas recommandé de remplacer l'un des plans de masse ou d'alimentation par des couches de signal supplémentaires, car cela peut entraîner de mauvaises performances.

MCL est votre source pour des PCB multicouches de qualité

Les empilements de couches PCB multicouches sont une excellente option si vous avez besoin d'une fonctionnalité accrue sur votre PCB. Bien que les coûts de fabrication et les besoins de conception augmentent avec chaque couche supplémentaire, le compromis pour les améliorations de fonctionnalité et CEM peut facilement valoir le coût, surtout dans un monde de plus en plus compact. Quel que soit le nombre de couches dont vous avez besoin, vous avez également besoin d'un fournisseur PCB expérimenté. Millennium Circuits peut vous aider.

Millennium Circuits Limited est un leader de l'industrie des PCB basé en Pennsylvanie, avec des clients dans une gamme d'industries à travers le monde. Nous livrons constamment des circuits imprimés de haute qualité à nos clients, soutenus par l'innovation, l'assurance qualité et des années d'expertise dans le domaine. Nous fournissons des cartes rigides-flex, des cartes HDI et des empilements, parmi de nombreux autres produits liés aux PCB. Peu importe le nombre de couches que vous recherchez, vous pouvez faire confiance à MCL pour fournir des cartes de qualité à chaque fois.

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Pour couronner le tout, MCL s'engage à fournir le meilleur service à nos clients. À cette fin, nous offrons une estimation gratuite sur nos services. De plus, nous pouvons vous donner un devis dans un jour ouvrable. Notre objectif est d'être le seul fournisseur de PCB dont vous aurez jamais besoin.

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Millennium Circuits Limited fournit une grande variété de PCB et produits PCB, y compris les circuits imprimés multicouches. Pour plus d'informations sur les empilements PCB et les options que MCL peut offrir, vous pouvez parler avec l'équipe de spécialistes de MCL. Contactez Millennium Circuits aujourd'hui avec vos questions sur les empilements multicouches.