6 méthodes de stratification de PCB + 5 étapes de conception de stratification de PCB

1.Qu'est-ce que le laminage de PCB ?

La superposition de PCB (Printed Circuit Board) est un aspect critique de la conception de PCB qui implique la disposition stratégique des couches conductrices au sein d'une carte pour obtenir les performances électriques et la résistance mécanique souhaitées. Voici une introduction à ce qu'implique la superposition de PCB, en se concentrant sur les couches de signaux, les couches planes et les couches mixtes :

1. Couches de signaux:

• Les couches de signaux sont les couches conductrices utilisées pour acheminer les signaux électriques entre les composants du PCB.

• Ils sont généralement constitués de cuivre et se trouvent sur les couches les plus externes du PCB, ainsi que sur les couches internes.

• Les couches de signaux facilitent la transmission de l'énergie électrique et des données entre divers composants électroniques.

2. Couches planes:

• Les couches planes, également appelées plans de puissance et de masse, sont des couches dédiées qui fournissent un point de référence commun pour les signaux et un chemin de retour pour le courant.

• Ces couches aident à réduire le bruit et à assurer une distribution stable de l'énergie sur le PCB.

• Les couches planes sont généralement constituées d'un cuivre plus épais pour supporter des charges de courant plus élevées et se trouvent souvent sur les couches internes de la carte.

3. Couches mélangées:

• Les couches mixtes sont une combinaison de couches de signaux et de couches planes, conçues pour prendre en charge à la fois le routage des signaux et la distribution de puissance.

• Ils offrent une flexibilité dans la conception des PCB en permettant le placement des plans d'alimentation et de masse à côté des traces de signal.

• Des couches mixtes peuvent être placées stratégiquement pour optimiser le routage des signaux et la distribution de la puissance, minimisant ainsi les interférences et améliorant l'intégrité du signal.

En résumé, la superposition de PCB est le processus d'empilement de ces différents types de couches (signal, plan et mixte) pour créer un PCB multicouche qui répond aux exigences électriques, thermiques et mécaniques d'une application spécifique. Une stratification appropriée est essentielle pour obtenir des performances, une fiabilité et une miniaturisation optimales des appareils électroniques.

2.Pourquoi plastifier les PCB ?

La superposition de PCB (Printed Circuit Board) est un processus critique qui implique la disposition stratégique de couches conductrices et diélectriques pour répondre aux performances et aux exigences mécaniques d'un circuit. Voici une exploration des raisons pour lesquelles la superposition de PCB est essentielle et quelques considérations clés :

Pourquoi la superposition de PCB est importante

1. Des demandes en évolution: À mesure que les appareils électroniques deviennent plus complexes et plus compacts, le besoin d'une superposition efficace des circuits imprimés augmente pour s'adapter au nombre croissant de composants et aux connexions complexes entre eux.

2. Performances CEM: La superposition des PCB est l'un des facteurs les plus critiques pour déterminer la compatibilité électromagnétique (CEM) d'un appareil. Une superposition appropriée aide à réduire les interférences électromagnétiques (EMI) et à améliorer les performances EMC globales. 428.

3. Intégrité du signal: La superposition aide à maintenir l'intégrité du signal en fournissant des chemins d'impédance contrôlée, en réduisant la diaphonie et en minimisant le bruit et les réflexions dans les signaux à grande vitesse.

4. Éviter les discontinuités: Une superposition appropriée peut éviter les discontinuités dans le chemin du signal, qui peuvent entraîner une perte ou une distorsion du signal.

5. Découplage capacitif et annulation de flux: La superposition stratégique permet un découplage capacitif efficace et l'annulation du flux magnétique, ce qui est vital pour une alimentation stable et une transmission du signal.

6. Éviter l'impédance et les boucles indésirables: Une stratification minutieuse des PCB aide à éviter les changements d'impédance indésirables et les formations de boucles qui peuvent conduire à une dégradation du signal.

Considérations clés pour la superposition de PCB

1. Sélection des matériaux: Le choix du matériau diélectrique et de la feuille de cuivre peut avoir un impact sur les performances électriques et thermiques du PCB. Différents matériaux ont des constantes diélectriques et des facteurs de perte variables, qui affectent la propagation du signal et la distribution de puissance.

2. Fabricabilité: La conception des couches doit être réalisable dans le cadre du processus de fabrication. Certaines configurations de superposition complexes peuvent nécessiter des étapes supplémentaires ou un équipement spécialisé.

3. Implications financières: Le nombre de couches et la complexité de la configuration des couches peuvent affecter de manière significative le coût du PCB. Un plus grand nombre de couches et des conceptions complexes augmentent généralement les coûts de production.

4. Routage des signaux: Un routage efficace du signal est crucial pour les circuits à grande vitesse et à haute densité. La superposition doit permettre des chemins clairs et directs pour la transmission du signal avec un minimum de diaphonie et d'interférences.

5. Plans de puissance et de masse: L'emplacement des plans d'alimentation et de masse est essentiel pour une alimentation stable et une référence de signal. Ils fournissent également une protection contre les EMI.

6. Intégrité du signal: La superposition doit prendre en charge le maintien de l'intégrité du signal en minimisant les variations d'impédance, les réflexions et les pertes de transmission.

En résumé, la superposition des PCB est un aspect à multiples facettes de la conception des PCB qui nécessite un examen attentif des propriétés des matériaux, de la fabricabilité, du coût et des performances électriques. En prenant en compte ces facteurs, les concepteurs peuvent réaliser un PCB qui répond aux exigences fonctionnelles, de fiabilité et de performances des appareils électroniques modernes.

3. La différence entre la stratification standard et la stratification HDI

Le laminage standard et le laminage à interconnexion haute densité (HDI) sont deux méthodes utilisées dans la fabrication de cartes de circuits imprimés (PCB), chacune ayant des caractéristiques et des applications distinctes.

La stratification standard implique généralement un noyau de 2 à 4 couches avec 1 à 3 couches de circuit supplémentaires appliquées séquentiellement sur chaque côté. Les couches externes sont connectées à l'aide de microvias, tandis que le noyau utilise des vias percés. Cette méthode est bien comprise et largement utilisée, et constitue la base de nombreuses conceptions de PCB.

D'autre part, la stratification HDI est une technique plus avancée qui permet une densité de circuits plus élevée et est essentielle pour des applications telles que les communications mobiles et le conditionnement de puces informatiques. Les cartes HDI peuvent avoir une sous-partie centrale plus épaisse, allant de 6 à 26 couches, avec 1 à 2 couches de circuits supplémentaires appliquées de chaque côté à l'aide de microvias. Une caractéristique clé de la stratification HDI est l'utilisation de vias enterrés, qui sont plaqués à travers des trous qui ne s'étendent pas jusqu'à une couche externe, permettant des conceptions plus compactes et une meilleure intégrité du signal.

La stratification HDI englobe également une variété de structures, notamment le HDI standard, le HDI à nombre de couches élevé, les cartes aveugles et les combinaisons de ces technologies. Ces structures peuvent gérer des configurations complexes avec une affectation minimale des couches et réduire l'épaisseur des cartes, ce qui est particulièrement précieux pour les appareils présentant des facteurs de forme stricts ou des avantages mécaniques.

L'une des principales différences entre le laminage standard et le laminage HDI réside dans la manière dont les contraintes sont gérées au sein de la planche lors des excursions thermiques. L'inadéquation du coefficient de dilatation thermique (CTE) entre le renfort en verre, le cuivre et la résine peut entraîner des problèmes tels que des fissures, un délaminage et des vides dans la résine, en particulier dans les structures HDI où les microvias sont empilés sur des vias enterrés.

En résumé, bien que les techniques de stratification standard et HDI soient utilisées pour créer des PCB multicouches, la stratification HDI offre un niveau de complexité et de densité plus élevé, ce qui la rend adaptée aux appareils électroniques plus avancés où l'espace est limité et les exigences de performances sont élevées.

4. Méthode d'empilement de PCB

Dans le domaine de la fabrication de cartes de circuits imprimés (PCB), le processus de laminage est essentiel pour déterminer les performances, la fiabilité et la rentabilité de la carte. Voici une introduction aux méthodes de stratification des PCB, en mettant l'accent sur les aspects clés :

1. Matériels: Le choix des matériaux est fondamental dans le laminage de PCB. Les matériaux courants incluent le FR-4, un tissu de verre tissé et un stratifié époxy, connu pour son équilibre de propriétés électriques, mécaniques et thermiques. D'autres matériaux comme le polyimide, le PTFE et les stratifiés à haute Tg (température de transition vitreuse) sont utilisés pour leurs caractéristiques thermiques ou électriques spécifiques, en particulier dans les applications haute fiabilité ou haute fréquence.

2. Fabricabilité: La stratification des PCB doit tenir compte de la fabricabilité de la carte. Cela implique la facilité de traitement des matériaux, la capacité d'obtenir des caractéristiques fines et la compatibilité avec divers processus de fabrication tels que le perçage, le placage et la gravure. Les cartes HDI (High-Density Interconnect), par exemple, utilisent des microvias et des techniques de stratification séquentielle qui nécessitent des capacités de fabrication avancées.

3. Coût: La méthode de laminage a un impact significatif sur le coût de production des PCB. La stratification standard avec des vias traversants est généralement plus rentable pour les cartes de moindre complexité. Cependant, le laminage HDI, tout en offrant une densité et des performances plus élevées, entraîne des coûts plus élevés en raison de la complexité du processus et de l'utilisation de matériaux et d'équipements spécialisés.

4. Routage des signaux: La stratification affecte les capacités de routage du signal. Avec le laminage standard, le routage est généralement simple mais peut être limité par le nombre de couches de la carte. La stratification HDI permet des schémas de routage plus complexes, notamment des vias borgnes et enterrés, qui peuvent connecter différentes couches sans pénétrer dans toute l'épaisseur du panneau.

5. Plans de puissance et de masse: La disposition des plans d'alimentation et de masse est essentielle pour l'intégrité du signal et la réduction des interférences électromagnétiques (EMI). Les PCB laminés peuvent intégrer ces plans dans la structure de la carte, fournissant ainsi une référence stable pour les signaux et améliorant la distribution d'énergie. Le choix du matériau diélectrique et le nombre de couches peuvent influencer l'efficacité de ces plans.

6. Intégrité du signal: L'intégrité du signal est maintenue en minimisant la diaphonie, les réflexions et la perte de signal. Les PCB laminés avec des couches d'impédance contrôlée et un routage précis des traces peuvent améliorer l'intégrité du signal. Les cartes HDI, grâce à leur capacité à rapprocher les traces et les vias, peuvent permettre un meilleur contrôle des chemins de signal et réduire les effets de ligne de transmission.

En résumé, la méthode de laminage des PCB est une décision à multiples facettes qui implique un compromis entre les propriétés des matériaux, la fabricabilité, le coût et les performances. Les techniques de stratification avancées, telles que HDI, offrent des capacités supérieures en matière de routage et d'intégrité du signal, mais à un coût et une complexité plus élevés. Chaque projet doit soigneusement prendre en compte ces facteurs pour sélectionner l'approche de stratification la plus appropriée à ses exigences spécifiques.

5. Étapes de conception laminées par PCB

La conception d'empilement de couches de PCB (Printed Circuit Board) est un processus critique qui implique plusieurs étapes clés pour garantir des performances et une fabricabilité optimales. Voici une introduction au processus de conception d'empilement de couches de PCB :

1. Nombre de couches: La première étape de la conception d'une pile de PCB consiste à déterminer le nombre requis de couches. Cette décision est influencée par la complexité du circuit, la nécessité d'isoler le signal et les contraintes d'espace de la carte. Un plus grand nombre de couches peut fournir des itinéraires plus courts et plus directs pour les signaux, mais augmente également le coût et la complexité de la fabrication.

2. Disposition des calques: Une fois le nombre de couches décidé, la disposition ou « empilement » de ces couches doit être déterminée. L'agencement place généralement des couches de signaux en alternance avec des plans d'alimentation ou de masse pour réduire la diaphonie et assurer la stabilité du signal. Les couches externes sont souvent dédiées au placement des composants, tandis que les couches internes sont utilisées pour le routage et la distribution d'énergie.

3. Types de matériaux de couche: Choisir les bons matériaux pour chaque couche est essentiel. Les matériaux de base tels que le FR-4 sont courants, mais pour les applications haute fréquence, des matériaux ayant des constantes diélectriques plus faibles peuvent être préférés. Le choix du préimprégné (un stratifié partiellement durci) et de l'épaisseur de la feuille de cuivre joue également un rôle dans les performances électriques et thermiques du panneau.

4. Routage et vias: Une fois l'empilement de couches défini, l'étape suivante consiste à planifier le routage des traces et le placement des vias. Cela implique de créer une stratégie de routage qui minimise la longueur des signaux et évite de croiser les chemins des signaux lorsque cela est possible. Les vias, qui relient différentes couches, sont placés stratégiquement pour faciliter les connexions entre les couches sans compromettre l'intégrité de la carte.

5. Densité diélectrique et cuivre: La constante diélectrique et la densité du cuivre sont des paramètres critiques qui affectent les performances électriques de la carte. Une constante diélectrique plus faible réduit le délai de propagation du signal et la diaphonie, tandis qu'une densité de cuivre plus élevée améliore la conductivité et réduit la résistance. L'équilibre entre ces facteurs est crucial pour obtenir l'intégrité du signal et la distribution de puissance souhaitées.

6. Gestion des couches: Une gestion efficace des couches implique de s’assurer que l’empilement est mécaniquement et électriquement stable. Cela inclut la gestion de l'épaisseur des couches diélectriques pour éviter toute déformation et la garantie que la répartition du cuivre est équilibrée pour éviter la dilatation thermique différentielle et les contraintes sur la carte.

En conclusion, la conception de l'empilement de couches de PCB est un processus méticuleux qui nécessite un examen attentif des facteurs électriques, mécaniques et thermiques. Chaque décision prise dans le processus de conception a un impact sur les performances, la fiabilité et le coût de la carte. En suivant une approche systématique de la conception d'empilements de couches, les ingénieurs peuvent créer des PCB qui répondent aux exigences spécifiques de leurs applications.

6. Règles de conception laminées par PCB

Les règles de conception de l'empilement de couches PCB (Printed Circuit Board) sont un ensemble de lignes directrices qui garantissent la fiabilité, les performances et la fabricabilité de la carte. Voici une introduction à quelques règles clés de conception d'empilement de couches de PCB :

1. Règle paire-impaire: Pour minimiser les parasites en mode impair, il est souvent recommandé d'utiliser un nombre pair de couches conductrices, avec un plan de masse le plus proche des couches de signal.

2. Proximité du plan signal-sol: Les couches de signaux doivent être adjacentes à un plan de masse pour fournir un chemin de retour aux courants, réduisant ainsi la zone de boucle et améliorant l'intégrité du signal.

3. Appariement des calques: L'association de couches de signaux avec un plan de masse ou d'alimentation directement en dessous ou au-dessus d'elles peut aider à contrôler l'impédance et à réduire la diaphonie.

4. Contrôle d'impédance: Pour les traces à impédance contrôlée, la distance entre la couche de signal et le(s) plan(s) de référence doit être étroitement contrôlée, ce qui peut influencer le choix du matériau diélectrique et de l'épaisseur du préimprégné.

5. Gestion thermique: Les plans d'alimentation et de masse peuvent également servir de conducteurs thermiques, leur placement doit donc tenir compte des exigences de dissipation thermique de la carte.

6. Minimisation de la diaphonie: Pour réduire la diaphonie entre les couches de signal, maintenez un espacement suffisant entre les traces de signal et envisagez l'utilisation de traces de garde ou de blindage.

7. Routage de paires différentielles: Pour la signalisation différentielle, gardez les traces de paire proches les unes des autres et parallèles pour minimiser l'asymétrie différentielle et les interférences externes.

8. Vias et Microvias: Utilisez les vias et les microvias de manière stratégique pour les connexions couche à couche, en tenant compte de leur impact sur l'intégrité du signal et le rendement de fabrication.

9. Poids équilibré en cuivre: Visez une répartition équilibrée du cuivre à travers les couches pour éviter la déformation et assurer une dilatation thermique uniforme.

10. Stabilité mécanique: Tenir compte de la stabilité mécanique de l'empilement, en particulier pour les panneaux comportant un nombre impair de couches, afin d'éviter le délaminage et le gauchissement lors de la fabrication et de l'utilisation.

11. Cohérence des matériaux: Utilisez des matériaux diélectriques cohérents à travers l'empilement pour éviter les discontinuités qui peuvent provoquer une réflexion du signal et une inadéquation d'impédance.

12. Tolérances de fabrication: Respectez les tolérances spécifiques à l'entreprise de fabrication concernant l'épaisseur de la couche, la largeur des traces et l'espacement pour garantir la fabricabilité.

13. Blindage EMI et RFI: Pour les cartes comportant des composants sensibles ou des signaux à grande vitesse, envisagez l'utilisation de couches de blindage internes ou externes pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI) et les interférences radiofréquences (RFI).

14. Enregistrement couche à couche: Garantissez un enregistrement précis de couche à couche, en particulier pour les composants à pas fin et les interconnexions haute densité.

15. Conception pour la testabilité (DFT): Incorporez des points de test et des nœuds de signaux accessibles pour faciliter les tests et le débogage en circuit.

En suivant ces règles de conception d'empilement de couches de PCB, les concepteurs peuvent créer des cartes robustes qui répondent aux exigences électriques, mécaniques et thermiques de leurs applications tout en garantissant la fabricabilité et la fiabilité.