Comment construire un empilement de circuits imprimés multicouches : un guide complet

Introduction

Pour construire un PCB multicouche Pour atteindre des performances optimales dans la conception des systèmes électroniques actuels, les plans doivent être bien conçus. Ils influencent l'intégrité du signal, l'impédance et Protection EMIQue vous conceviez un empilement de circuits imprimés à 4 couches ou à 6 couches haute densité, connaître les facteurs de conception permet toujours de gagner du temps et de l'argent. Grâce à ce guide, vous comprendrez les conseils de conception nécessaires, les différents matériaux à utiliser et les méthodes efficaces de fabrication de circuits imprimés multicouches.

Qu'est-ce que le PCB Stack-Up ?

Circuit imprimé L'empilement de deux couches (un matériau préimprégné isolant et une couche de cuivre) constitue un empilement. Il équilibre les couches de signal, les plans d'alimentation et les plans de masse afin d'améliorer les performances électriques et de minimiser les interférences électromagnétiques. Les circuits multicouches, tels que les circuits imprimés à 4 couches ou les empilements à 6 couches, sont utilisés pour des signaux rapides et un routage complexe.

Comment construire un empilement de circuits imprimés multicouches ?

Un empilement de circuits imprimés multicouches est un agencement de couches de cuivre et de diélectriques permettant de gérer l'intégrité du signal, les interférences électromagnétiques et les caractéristiques thermiques. Sa conception soignée offre une stabilité mécanique et une utilisation à haute vitesse.

Commun PCB à 4 couches Empilement :

• Couche supérieure: Signal
• Couche intérieure 1 : Sol
• Couche intérieure 2 : Puissance
• Couche inférieure : Signal

  Commun PCB à 6 couches Empilement :

• Couche supérieure: Signal
• Couche 2: Sol
• Couche 3: Signal
• Couche 4: Signal
• Couche 5: Puissance
• Couche inférieure : Signal

Conseils pour une conception efficace de l'empilement de circuits imprimés

• Gardez les couches de terre et d’alimentation proches pour un meilleur découplage.
• Placez les signaux critiques entre les plans de masse pour minimiser le bruit.
• Utilisez des dispositions de couches symétriques pour réduire la déformation.
• Maintenir une épaisseur diélectrique constante pour une impédance contrôlée.

Quelles sont les différentes couches d’un circuit imprimé ?

Une feuille de cuivre, un préimprégné et un stratifié cuivré sont utilisés pour créer une carte multicouche. La feuille de cuivre sert de voie de transmission du signal. Les couches sont liées par le préimprégné et l'isolation électrique est réalisée. Le noyau cuivré assure la résistance mécanique et contribue au maintien de la couche pendant le processus de fabrication.

Couches d'alimentation et de masse dans l'empilement de circuits imprimés

L'utilisation de plans d'alimentation et de masse est essentielle pour assurer une alimentation stable et assurer le passage des signaux à faible impédance, car ils agissent comme un retour de signal. Ces couches minimisent les interférences électromagnétiques (IEM) et améliorent la qualité des signaux. La dissipation thermique sur la structure du circuit imprimé est également améliorée grâce à l'emplacement judicieux des plans d'alimentation et de masse.

Avantages de l'utilisation de plans d'alimentation/de masse

Les composants peuvent être connectés aux plans d'alimentation et de masse afin d'utiliser une source de courant stable. Les signaux à haut débit sont renvoyés clairement et le bruit et les interférences électromagnétiques sont minimisés. Ces plans transportent plus de courant que ces pistes et moins de chaleur, ce qui confère à la carte des performances thermiques supérieures et une plus grande fiabilité.

Qu'est-ce que le laminage de PCB ?

Lors du laminage de circuits imprimés, le préimprégné et la feuille de cuivre sont laminés avec le noyau sous contrôle de la pression et de la chaleur. Cela permet d'obtenir une liaison lisse, sans vide entre les couches, et une stabilité dimensionnelle IP. Un laminage diélectrique précis garantit l'uniformité diélectrique et l'impédance des circuits imprimés haute vitesse et haute fréquence.

Quelle est l'épaisseur standard du panneau ?

L'épaisseur d'un circuit imprimé est une variable régulée par diverses valeurs d'entrée, parmi lesquelles le poids du cuivre, la substance diélectrique, le nombre de couches et la charge environnementale. L'épaisseur générale est de 62 mils (1.57 mm). Au-delà, des normes plus récentes, telles que 93 mils (2.36 mm) et 125 mils (3.17 mm), prennent en charge des empilements multicouches et des couches de cuivre chaud plus épaisses.

Quel est l’intérêt d’avoir plusieurs couches dans un PCB ?

Les appareils modernes présentent des circuits imprimés denses multicouches. Ils offrent des performances électriques, une tribologie et une tolérance au transfert thermique accrues. Une isolation de signalisation à haut débit et une impédance contrôlée sont également possibles dans les structures multicouches, afin d'éviter la diaphonie et les interférences électromagnétiques dans les composants électroniques sophistiqués.

Comment sont fabriquées les cartes de circuits imprimés multicouches ?

La fabrication de circuits imprimés multicouches se fait selon les étapes suivantes :

1 : Sélectionnez le noyau de la couche interne : Spécifiez une épaisseur de cuivre, un type de verre époxy et la taille du panneau.

2 : Nettoyage : Essuyez l’intérieur du cuivre en utilisant des produits chimiques ou des méthodes mécaniques pour éliminer les contaminants.

3 : Imagerie de la couche interne : C'est ici que nous imaginons la photorésine du motif du circuit.

4 : Le décapage de la gravure : Le cuivre indésirable peut être gratté et la photorésistance peut être décollée pour laisser les fils du circuit ouvert.

5: Inspection optique automatisée : Repérez les courts-circuits, les ouvertures ou les défauts non détectables que l'œil ne peut pas voir.

6 : Traitement à l'oxyde : Les surfaces de cuivre sont oxydées afin d'augmenter l'adhérence au laminage.

7: Couchage : Les feuilles de préimprégné et de cuivre doivent être disposées sur chaque couche intérieure pour être prêtes ensemble avant que la pile ne soit laminée.

8 : Laminage : Formez la pression et chauffez l'empilement sur une chambre à vide pour laisser les feuilles collées de manière permanente.

9: Forage: Les trous traversants et vias sont percés avec la plus grande précision.

10: Ébavurage et dégraissage : Les trous percés présentent des bavures et des traces de résine qui doivent être éliminées pour obtenir des connexions propres.

11: Trous de placage de cuivre dans les trous de forage : Les trous des plaques de cuivre sont traités sans courant afin de créer une conductivité dans les trous.

Empilements de cartes HDI

PCB HDI Ils offrent une densité de câblage accrue et sont matérialisés par des microvias, des vias borgnes et des vias enterrés. Ces cartes complexes sont nécessaires à l'électronique miniature haute performance. Les empilements HDI réduisent la perte de signal et permettent un routage complexe des conceptions plus contemporaines dans des espaces confinés.

Lamination séquentielle

Le chevauchement des stratifications permet d'ajouter du diélectrique et du cuivre supplémentaires à un sous-ensemble déjà stratifié. Cela implique le développement de vias enterrés et de microvias empilés dans des interconnexions denses. Cette méthode est adaptée aux configurations HDI complexes, avec un faible désalignement entre les couches et une intégrité du signal élevée.

Nomenclature des empilements HDI

Les empilements HDI sont nommés dans XNX. Dans l'exemple ci-dessus, X représente la couche de microvias, et le terme N indique le nombre de couches internes entre deux microvias. Le système aide les concepteurs à quantifier la complexité de l'empilement et à choisir l'architecture la plus adaptée.

Exemples d'empilement d'IDH

Empilement 1+4+1

Cette structure à six couches comporte un côté de la structure avec une couche de microvia de chaque côté, d'où une meilleure densité de routage et de meilleures performances.

Empilement 2+4(6b)+2

Empilement de 8 couches, 2 couches de microvia de chaque côté et six couches internes enterrées d'une conception compacte avancée.

Planification d'empilements de circuits imprimés multicouches : quel est son coût ?

La planification de l'empilement de circuits imprimés multicouches doit trouver un compromis entre coût et fonctionnalité afin de réaliser des conceptions plus efficaces. Le coût de fabrication par superposition améliore toutefois l'espace de routage, la gestion de l'impédance et l'intégrité du signal. Les dépenses globales sont également influencées par des facteurs tels que la taille de la carte, le poids du cuivre et le nombre de perçages. Une planification minutieuse, renforcée par les problèmes de fabrication, permet d'éviter toute complexité inutile.

Les grilles d'empilement de circuits imprimés : considérations sur la conception à grande vitesse

Les circuits à haut débit nécessitent une conception précise de l'empilement de circuits imprimés pour des performances optimales. Des couches supplémentaires sont nécessaires pour isoler le signal et éviter toute diaphonie, ce qui épaissit les couches de routage et de masse. Les empilements à impédance contrôlée sont fabriqués avec des matériaux spécifiques et une épaisseur de ligne à ruban ou de microruban spécifique. Une stratification appropriée permet de réduire les coûts et d'assurer l'intégrité du signal.

Planification de l'empilement, alimentation et plan de masse

Dans les circuits imprimés multicouches, les plans d'alimentation et de masse servent à stabiliser les tensions et à fournir des signaux à haut débit. Doubler ou tripler les tensions sur un plan permet de gagner de la place, mais peut perturber les voies de retour. Il convient de faire preuve de prudence lors de la séparation des plans II afin d'éviter les problèmes de bruit et les interférences de signaux. La conception crée un équilibre, en éliminant certaines couches tout en maintenant les performances.

Recommandations d'empilement de circuits imprimés pour les concepteurs

La conception optimale de l'empilement des circuits imprimés permet de réduire les coûts de production et de garantir la fiabilité de la carte. Voici quelques suggestions clés pour optimiser vos applications de circuits imprimés multicouches :

• Ne prévoyez pas plus de trois étapes de plastification séquentielles. Chaque plastification augmente le temps de production, les coûts et peut endommager les produits.
• Les vias entiers (vias décalés) sont préférés aux vias empilés. Les vias enterrés sont plus complexes et plus coûteux en raison de l'assemblage et du remplissage.
• Indiquez explicitement dans votre demande d'empilement les couches qui nécessitent des vias mécaniques enterrés et une préférence en termes de vias décalés ou enterrés.
• Vérifiez la compatibilité des matériaux lors du laminage séquentiel. Ce procédé ne convient pas à tous les matériaux, et votre fabricant vous proposera les meilleures options.

L'empilement réfléchi des circuits imprimés améliore l'intégrité du signal, réduit les interférences électromagnétiques et permet au concepteur de présenter efficacement des cartes hautes performances.

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Chez PCBTok, fabricant spécialisé de circuits imprimés multicouches, nous pouvons produire jusqu'à 40 couches. Si vous cherchez un fabricant de circuits imprimés multicouches, n'hésitez pas à nous contacter. Avec plus de 20 ans d'expérience dans la fabrication de circuits imprimés multicouches et une usine équipée de Rogers, Taconic, Panasonic, et autres matériaux, nous sommes en mesure de répondre rapidement à vos besoins.

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FAQ

Pourquoi l'empilement de circuits imprimés affecte-t-il les performances EMI ?

Grâce à une conception d'empilement judicieuse, les interférences électromagnétiques (IEM) sont réduites grâce à un positionnement judicieux des plans de masse et d'alimentation. La disposition des niveaux de blindage améliore les caractéristiques de blindage, limite les niveaux de bruit et préserve l'intégrité globale du signal d'un circuit haut débit.

Puis-je mélanger différents matériaux diélectriques dans un seul empilement de circuits imprimés ?

Les empilements hybrides sont possibles dans les circuits imprimés et sont assez courants dans les conceptions haut de gamme. Ces matériaux peuvent être combinés pour équilibrer performances haute fréquence, stabilité thermique et coût, ce qui les rend adaptés aux applications multicouches complexes.

Comment puis-je garantir un contrôle d’impédance approprié dans mon stackup ?

Suivez les règles d'empilement à impédance contrôlée et un calculateur d'empilement de couches de PCB. diélectrique Épaisseurs, plans de référence et géométries de trace cohérents. Contactez votre développeur de circuits imprimés pour obtenir des impédances précises sur les signaux haute fréquence.

Conclusion

L'empilement de circuits imprimés influence directement les caractéristiques électriques, thermiques et mécaniques de la carte. Grâce à des matériaux bien choisis, à une optimisation structurelle et à des directives d'empilement appropriées, vous pouvez éviter des erreurs coûteuses et améliorer la fiabilité de vos produits. Une excellente relation avec votre fabricant vous permettra d'obtenir les meilleures performances et les meilleurs coûts pour vos circuits imprimés multicouches.