Comment déterminer le nombre de couches dans les PCB

Les cartes de circuits imprimés (PCB) se composent de n'importe quoi, d'une couche à plusieurs couches de matériaux diélectriques et conducteurs. Lorsqu'elles sont collées sur des cartes, ces couches transportent des circuits qui alimentent une vaste gamme d'appareils électroniques domestiques, tels que des réveils, des appareils de cuisine, des fournitures de bureau, des ordinateurs et des appareils mobiles.

Les BPC sont également utilisés dans une vaste gamme d'outils et de machines industriels, ainsi que dans les appareils médicaux, les ordinateurs et systèmes de stockage gouvernementaux et les équipements aérospatiaux. Le nombre de couches et les dimensions d'une carte particulière déterminent la distribution de puissance d'un PCB.

Que sont les PCB multicouches ?

Les couches de PCB sont le facteur déterminant de la puissance et de la capacité d'une carte de circuit imprimé. Les gens se demandent souvent si un PCB à une couche suffira, ou s'il vaut mieux opter pour un PCB à deux ou quatre couches - indice :il n'existe pas de PCB à trois couches - ou quelque chose dans la gamme multicouche.

Bien que le nombre de couches dépende en grande partie de votre budget et de vos besoins fonctionnels dans une carte de circuit imprimé, cela conduit à se demander :que sont exactement les circuits imprimés multicouches ? Fondamentalement, "multicouche" fait référence à tout ce qui a plus de deux couches, comme un PCB à 4 couches ou quelque chose dans la gamme de 6 couches à 12 et plus.

5 questions pour décider du nombre de couches dans les PCB multicouches

Lorsque vous considérez le nombre de couches idéales dans une commande de PCB, vous devez tenir compte des facteurs qui rendent une multicouche favorable à une couche simple ou double, et vice versa.

1. Quelle sera l'utilisation de mon circuit imprimé ?

Lors du calcul des besoins d'une carte de circuit imprimé, tenez compte des types de machines et d'appareils dans lesquels vos PCB seront utilisés et des exigences que ces machines/appareils imposeront aux circuits de la carte. Ces PCB seront-ils utilisés dans l'électronique complexe de haute technologie ou dans des éléments plus simples avec des fonctions minimales ?

2. Quelle fréquence de fonctionnement est nécessaire ?

En tenant compte de ces questions, considérez ce dont vous aurez besoin en termes de fréquence de fonctionnement. Ses paramètres déterminent les fonctions et la capacité d'un PCB. Pour une vitesse et une capacité de fonctionnement plus élevées, les PCB multicouches sont essentiels.

3. Quel est mon budget pour le projet ?

D'autres éléments à prendre en compte sont les coûts de fabrication des PCB à simple et double couche par rapport aux multicouches. Si vous souhaitez disposer de la capacité la plus élevée possible dans la technologie actuelle des circuits imprimés, vous devrez payer les coûts de fabrication élevés impliqués.

4. Dans quel délai ai-je besoin des PCB ?

Le délai de livraison - le temps qu'il faut pour fabriquer un ensemble de circuits imprimés à couches simples ou multiples - est également un élément à prendre en compte lorsque vous commandez une grande quantité de cartes de circuits imprimés. Le délai de livraison pour les panneaux à une ou deux couches peut aller de 8 à 14 jours, selon la taille de la surface du panneau. Là encore, si vous êtes prêt à payer plus ou moins, le délai peut être aussi court que cinq jours ou aussi long qu'un mois.

Le délai de livraison augmentera, par taille de carte, avec chaque couche que vous ajouterez à la commande. Les PCB dans la gamme de quatre à 20 couches peuvent avoir un délai de livraison de 12 à 32 jours, selon que vous souhaitez que les cartes aient de petites ou de grandes dimensions.

5. Quelles couches de densité et de signal sont nécessaires ?

Le nombre de couches de PCB dépend également de la densité des broches et des couches de signal. Comme indiqué dans le tableau ci-dessous, une densité de broches de 1,0 nécessitera 2 couches de signal, et le nombre de couches nécessaires augmente à mesure que la densité de broches diminue. Avec une densité de broches de 0,2 ou moins, vous aurez besoin de PCB avec au moins 10 couches.

Densité des broches	Nombre de couches de signal	Numéro de couche PCB multicouche
>1.0	2	2
0.6-1.0	2	4
0.4-0.6	4	6
0.3-0.4	6	8
0.2-0.3	8	12
<0.2	10	>14

PCB monocouche

Un PCB monocouche se compose d'une couche laminée et soudée de matériau conducteur diélectrique. En tant que composant précoce des équipements électroniques, le PCB monocouche est utilisé depuis la fin des années 1950. Même aujourd'hui, malgré son relatif primitivisme par rapport aux normes modernes de l'électronique domestique, le PCB monocouche reste courant dans le monde entier.

La construction d'un PCB monocouche est simple, car il se compose d'une dialectique thermiquement conductrice qui est d'abord recouverte d'un stratifié de cuivre et surmontée d'un masque de soudure. Les illustrations du PCB monocouche montrent généralement trois bandes de couleur pour représenter la couche et ses deux couvertures - gris pour la couche diélectrique elle-même, marron pour le stratifié de cuivre et vert pour le masque de soudure.

En raison de leur conception simple, les PCB monocouches sont faciles à fabriquer en grandes quantités et sont donc les plus rentables de toutes les cartes de circuits imprimés. Bien que la couche unique soit un composant technologique limité selon les normes contemporaines, elle offre toujours aux fabricants les avantages suivants :
• Une conception simple que la plupart des fabricants peuvent facilement comprendre
• Simple et donc peu susceptible de poser des problèmes de production
• Abordable et pratique pour la production en grandes quantités

Aujourd'hui, les PCB monocouches sont fabriqués avec une épaisseur de stratifié de cuivre allant de 1 à 20 onces. Les PCB monocouches sont conçus pour fonctionner dans une plage de température comprise entre 130 et 230 degrés Celsius.

Au cours des décennies précédentes, les PCB monocouches étaient utilisés dans la plupart des appareils électriques. Aujourd'hui, la plupart des appareils électroniques domestiques de haute technologie sont passés aux PCB multicouches, qui sont optimisés pour une gamme de demandes plus complexes. Néanmoins, le circuit imprimé monocouche est encore courant dans certains des appareils les plus simples des salons, des cuisines et des bureaux, notamment :
• Calculatrices :certaines des calculatrices les plus élémentaires fonctionnent avec des circuits imprimés monocouche.
• Radios – Certaines radios, telles que les radio-réveils à bas prix des magasins de fournitures générales, utilisent souvent des PCB à une seule couche.
• Cafetières – Les appareils à café utilisent souvent des PCB à une seule couche.

Le circuit imprimé monocouche est également courant dans les capteurs, les éclairages LED, les imprimantes, les caméras de surveillance et les circuits de synchronisation.

PCB double couche

Le PCB à deux couches est la prochaine étape dans la technologie des cartes de circuits imprimés. Avec sa capacité supérieure, le PCB à deux couches - également appelé PCB à double couche - peut prendre en charge une gamme plus large d'appareils électroniques contemporains que le PCB à une couche. Dans le même temps, les PCB à deux couches sont beaucoup moins compliqués du point de vue de la fabrication que les différentes cartes de circuits imprimés à plusieurs niveaux sur le marché actuel. En tant que tel, le circuit imprimé à deux couches est l'option de circuit imprimé la plus largement utilisée.

Un PCB à deux couches ressemble beaucoup à un PCB à une couche, mais avec une moitié inférieure inversée en miroir. Avec le PCB à deux couches, la couche diélectrique est plus épaisse que dans le monocouche. De plus, le diélectrique est laminé avec du cuivre sur les côtés supérieur et inférieur. De plus, la stratification est recouverte d'un masque de soudure en haut et en bas.

Les illustrations du circuit imprimé à deux couches ressemblent généralement à un sandwich à trois couches, avec une épaisse couche grise au milieu qui représente le diélectrique, deux bandes brunes au-dessus et en dessous qui représentent le cuivre et de fines bandes vertes en haut et en bas qui représentent le masque de soudure.

Grâce à ses côtés supérieur et inférieur égaux, le PCB à deux couches permet plus de pistes de routage. Les avantages du circuit imprimé à deux couches sont les suivants :
• Une flexibilité de conception qui le rend adapté à une large gamme d'appareils
• Un circuit dense qui le rend adapté à une gamme d'applications modernes
• Construction à faible coût, ce qui le rend pratique pour la production de masse
• Conception simple, ce qui facilite la compréhension des fabricants du monde entier
• Petite taille, ce qui lui permet de s'intégrer une variété d'appareils

Les PCB à deux couches sont applicables à une vaste gamme de dispositifs électroniques simples et plus complexes. Voici des exemples d'appareils fabriqués en série qui ont contenu des PCB à deux couches :
• Unités HVAC - Les systèmes de chauffage et de refroidissement résidentiels de différentes marques ont contenu des cartes de circuits imprimés à double couche.
• Amplificateurs - Les Le PCB bicouche a équipé les unités d'amplification utilisées par de nombreux musiciens.
• Imprimantes :une variété de périphériques informatiques reposent sur des circuits imprimés à deux couches.

Le circuit imprimé à deux couches a également été utilisé dans les relais de contrôle, les alimentations, l'éclairage LED, les réacteurs de ligne, les équipements de test et les distributeurs automatiques.

PCB à quatre couches

Une carte à quatre couches se compose d'un ensemble de couches plus complexe que le PCB à une ou deux couches. Alors que les PCB simple et double couche contiennent une seule rangée de matériau diélectrique, le PCB à quatre couches en contient plusieurs. Comme pour toutes les cartes de circuits imprimés multiniveaux, le circuit imprimé à quatre couches comprend plusieurs couches de matériau conducteur et de cuivre entre les masques de soudure supérieur et inférieur.

L'empilement de circuits imprimés à quatre couches se compose des couches suivantes :
• Quatre bandes de cuivre conducteur
• Trois couches diélectriques internes :deux préimprégnés et un noyau
• Deux couches de masque de soudure diélectrique en haut et en bas

Dans la conception de circuits imprimés à 4 couches, les 4 bandes de cuivre sont divisées en interne par 3 diélectriques internes et scellées en haut et en bas par un masque de soudure. Généralement, les règles de conception de PCB à 4 couches sont illustrées par 9 bandes et 3 couleurs - marron pour le cuivre, gris pour le noyau et les préimprégnés et vert pour le masque de soudure.

Même si les illustrations courantes de la conception de circuits imprimés à quatre couches semblent indiquer que les couches de préimprégné et de noyau sont constituées du même matériau, la première n'est pas totalement durcie et est donc plus douce que le noyau. Au cours du processus de fabrication, de la chaleur et de la pression sont appliquées à l'empilement à quatre couches, ce qui fait fondre le préimprégné et le noyau et lie les couches ensemble.

Les PCB à quatre couches sont avantageux pour les fabricants sur de nombreux fronts, car ces cartes de circuits imprimés multicouches et d'autres offrent les avantages suivants :
• Durabilité :le PCB à quatre couches est plus résistant que les cartes à une ou deux couches.
• Taille compacte - La petite conception du circuit imprimé à quatre couches peut s'adapter à une vaste gamme d'appareils.
• Flexibilité - Le circuit imprimé à quatre couches peut fonctionner dans de nombreux types d'électronique, à la fois simples et complexes.
• Sûr :avec un alignement correct des couches d'alimentation et de masse, le circuit imprimé à quatre couches protège contre les interférences électromagnétiques.
• Léger :les appareils équipés de circuits imprimés à quatre couches ont moins besoin de câblage interne et pèsent donc souvent moins.

Bien que la production de cartes à plusieurs niveaux nécessite une plus grande expertise, tout coût supplémentaire de PCB à quatre couches est récupéré dix fois par les produits de plus grande valeur que les quatre couches peuvent supporter mécaniquement. Certains des appareils modernes les plus essentiels dotés de circuits imprimés à quatre couches sont les suivants :
• Systèmes satellites :les circuits imprimés à plusieurs niveaux ont équipé les satellites en orbite qui ont permis la communication à l'échelle mondiale.
• Appareils portables - Les téléphones et les tablettes sont souvent équipés de PCB à quatre couches.
• Équipement de sonde spatiale - Les cartes de circuits imprimés multicouches ont alimenté des dispositifs d'exploration spatiale qui nous ont permis de voir loin dans la galaxie.

Les PCB à quatre couches sont également courants dans les équipements à rayons X, les serveurs de fichiers, les accélérateurs atomiques, la technologie de balayage CAT et les systèmes de détection nucléaire. Plus que les circuits imprimés à une ou deux couches, les circuits imprimés à quatre couches peuvent également être bénéfiques pour les processus où la diaphonie est un problème.

PCB à six couches

Le PCB à six couches est l'endroit où la technologie des circuits imprimés commence vraiment à entrer dans les aspects les plus avancés de l'électronique d'aujourd'hui. Avec le PCB à six couches, les fabricants peuvent alimenter une gamme de produits technologiques commerciaux, d'appareils de soins de santé et de machines industrielles.

L'empilement de PCB à six couches est similaire à celui à quatre couches, mais avec deux couches de cuivre supplémentaires et deux rangées supplémentaires de matériau diélectrique. Dans l'empilement à six couches, les deuxième et quatrième rangées diélectriques sont étiquetées comme "cœur", et les première, troisième et cinquième sont préimprégnées. Sur les six rangées de cuivre conducteur, les deuxième et cinquième sont planes et les autres sont de signal.

Depuis leur développement, les PCB à 6 couches ont été une aubaine pour l'industrie électronique. Grâce à leur grande supériorité technologique sur les cartes simple et double couche, elles ont permis aux fabricants de proposer au public une multitude de dispositifs innovants. Certains des principaux avantages des PCB à six couches incluent :
• Résistance - Le PCB à six couches est plus épais et donc plus résistant que ses prédécesseurs à couches plus fines.
• Compacité - Avec six couches, les cartes de cette épaisseur ont une plus grande capacité technologique, et peuvent donc consommer moins de largeur.
• Haute capacité :les circuits imprimés à six couches ou plus fournissent aux appareils électroniques une puissance optimale et réduisent considérablement les risques de diaphonie et d'interférences électromagnétiques.

Les cartes de circuits imprimés à plusieurs niveaux de six couches ou plus ont permis à la technologie informatique de se développer à pas de géant au cours des deux dernières décennies. Les PCB de ce niveau ont fait progresser les composants électroniques suivants :
• Ordinateurs :les PCB à 6 couches ont contribué à l'évolution rapide des ordinateurs personnels, qui sont devenus plus compacts, légers et plus rapides.
• Stockage de données :La capacité élevée des circuits imprimés à six couches a rendu les dispositifs de stockage de données de plus en plus ingénieux au cours de la dernière décennie.
• Systèmes d'alarme incendie - Avec des circuits imprimés de 6 couches ou plus, les systèmes d'alarme sont devenus de plus en plus précis pour détecter un danger réel moment où il surgit.

Les PCB à six couches ont également été utilisés dans la transmission des téléphones portables, les récepteurs à fibre optique, les moniteurs cardiaques, les commandes industrielles et la technologie GPS.

PCB multicouches complexes

Au fur et à mesure que le nombre de couches des cartes de circuits imprimés multicouches augmente au-delà des nombres quatre et six, d'autres couches de cuivre conducteur et de matériau diélectrique sont ajoutées à l'empilement.

Par exemple, un PCB à huit couches contient quatre couches planes et quatre couches de cuivre de signal - huit en tout - liées par sept rangées internes de matériau diélectrique. L'empilement à huit couches est scellé en haut et en bas avec un masque de soudure diélectrique. Fondamentalement, l'empilement de PCB à huit couches ressemble beaucoup à celui à six couches, mais avec des paires supplémentaires de colonnes en cuivre et préimprégnées.

La tendance se poursuit avec le PCB à 10 couches, qui ajoute deux couches de cuivre supplémentaires pour un total de six signaux et quatre couches de cuivre planes - 10 en tout. La liaison du cuivre dans l'empilement de PCB à 10 couches est constituée de neuf colonnes de matériau diélectrique - cinq préimprégnées et quatre noyaux. Les piles de circuits imprimés à dix couches sont scellées, comme toutes les autres, avec un masque de soudure diélectrique en haut et en bas.

Au moment où vous arrivez à l'empilement de PCB à 12 couches, vous avez une carte avec 4 couches conductrices planes et 8 signaux, liées par 6 colonnes de signal et 5 noyaux de matériau diélectrique. Les piles de PCB à 12 couches sont scellées avec un masque de soudure diélectrique. En général, les illustrations de PCB multicouches représentent les couches et les matériaux de liaison avec les couleurs suivantes :marron pour le cuivre signal/plan, gris pour le matériau diélectrique préimprégné/noyau et vert pour le masque de soudure supérieur/inférieur.

Les PCB multicouches des variétés à huit, 10 et 12 couches sont bénéfiques dans de nombreux appareils et systèmes informatiques de haute technologie. Au cours des dernières décennies, le développement des cartes de circuits imprimés multicouches a conduit à l'avancement rapide de la technologie informatique - des systèmes kHz d'autrefois aux machines GHz d'aujourd'hui.

La vitesse, la capacité, la compacité et la facilité d'utilisation des machines et appareils de divers secteurs (commercial, industriel, médical, gouvernemental, aérospatial) ne cessent de croître, grâce aux développements rapides permis par les PCB multicouches de plus en plus complexes d'aujourd'hui.

Répartition des calques

La façon la plus simple de penser à une carte de circuit imprimé est d'imaginer les couches comme une lasagne où les matériaux conducteurs et diélectriques se lient dans un masque de soudure. Les panneaux à quatre couches, par exemple, sont généralement constitués de couches régulièrement espacées avec des plans au centre. Bien que cela puisse donner l'impression que la carte est symétrique, cela n'a pas nécessairement les effets les plus souhaitables en matière de compatibilité électromagnétique.

Un autre agencement qui peut produire des effets indésirables consiste à apparier étroitement les deux plans au milieu, tandis que la couche de signal et les plans prennent en sandwich de grands diélectriques. Même si cet agencement permet le stockage de charge électrique au niveau interplan, il peut provoquer une transmission de signal indésirable et des effets électromagnétiques. Pour ces raisons, les experts d'aujourd'hui dans le domaine des PCB optent généralement pour des cartes d'au moins quatre couches, au lieu de deux.

Pour renforcer la compatibilité électromagnétique d'une carte à quatre couches, les plans et les couches de signal doivent être espacés aussi étroitement que possible. De plus, le noyau entre le plan de masse et l'alimentation doit être large. Cette disposition réduira la possibilité de transmissions de signaux indésirables entre les traces et maintiendra l'opposition entre les circuits et les courants à des niveaux acceptables.

Une plage idéale d'opposition entre le circuit et le courant serait de l'ordre de 50 à 60 ohms. N'oubliez pas que lorsque l'impédance est faible, les pics de courant tirés, ce qui est un effet indésirable. Une impédance élevée générera de plus grandes quantités d'interférences électromagnétiques et rendra la carte plus vulnérable aux interférences étrangères.

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