Avant de concevoir un circuit imprimé, vous devez d’abord décider si vous utiliserez un PCB simple couche ou multicouche. Les deux types de conception sont courants dans une variété d’appareils du quotidien. Celui qui vous convient dépend du projet pour lequel vous l’utilisez. Les dispositifs plus complexes utilisent généralement des cartes multicouches, tandis que les plus simples peuvent tirer parti des cartes simple couche. Cet article expliquera les différences essentielles entre ces deux types, ainsi que la manière de choisir celui qui convient le mieux à votre projet.
Circuits imprimés simple couche vs multicouches : quelle est la différence ?
Vous pouvez probablement deviner quelle est la différence significative entre ces deux types de circuits imprimés à partir de leurs noms. Les cartes simple couche n’ont qu’une seule couche de matériau de base, également appelé substrat, tandis que les circuits imprimés multicouches en comportent plusieurs. Lorsque vous examinez de plus près les trois principaux types de cartes de circuits imprimés, vous verrez qu’il existe de nombreuses autres différences dans leur mode de construction et leur fonctionnement.
1. PCB simple couche
Les cartes monocouches, parfois appelées cartes simple face, comportent des composants sur une face de la carte et un motif conducteur sur la face opposée. Elles ne possèdent qu’une seule couche de matériau conducteur, généralement du cuivre. Une carte monocouche est composée d’une couche de substrat, d’une couche de métal conducteur, puis d’une couche de protectionmasque de soudureet la sérigraphie. Vous trouverez des cartes simple couche dans de nombreux appareils électroniques plus simples.
2. Circuits imprimés double face
Vous pouvez également utiliser une carte à double couche ou double face, qui comporte plus de couches qu’une carte simple face mais moins qu’une carte multicouche. Les PCB double face, comme la variante simple face, possèdent une seule couche de substrat. La différence est qu’ils ont une couche de métal conducteur sur les deux faces du substrat.
Les circuits et composants d’un côté de la carte sont reliés à ceux de l’autre côté par l’une des deux méthodes suivantes :
• Trous traversants :Les trous traversants sont de petits trous percés dans la carte à travers lesquels des fils, appelés broches, sont passés, puis soudés au composant approprié.
• Supports de montage en surface :Ces circuits imprimés utilisent des broches soudées directement sur la carte. La carte elle-même devient la surface de câblage des composants, ce qui permet aux circuits d’occuper moins d’espace.
3. Circuits imprimés multicouches
Circuits imprimés multicouchessont constitués de trois cartes ou plus, recto verso, empilées les unes sur les autres. Théoriquement, ils peuvent contenir autant de cartes que nécessaire, mais le plus grand jamais fabriquéfaisait 129 couches d’épaisseurEn général, ils comportent un nombre pair de couches, compris entre quatre et douze — des quantités impaires peuvent provoquer des problèmes tels que le gauchissement et la torsion après soudure.
Chaque couche de substrat dans une carte multicouche possède un métal conducteur sur ses deux faces. Les cartes sont assemblées à l’aide d’un type spécial d’adhésif, et il y a un matériau isolant entre chaque carte. Sur les bords extérieurs de la carte multicouche, vous trouverez des vernis épargne.
Les chemins appelés vias permettent aux différentes couches de conduire les unes vers les autres. Ces chemins se répartissent en trois groupes :
• Traversant :Parcourir chaque couche de la carte
• Aveugle:Connecter une couche externe à une couche interne
• Enterré :Relier deux couches internes, les rendant invisibles de l’extérieur
Les cartes multicouches apparaissent généralement dans des dispositifs plus complexes qui nécessitent un grand nombre de connexions.
Avantages des circuits imprimés simple couche
Les circuits imprimés monocouche présentent plusieurs avantages par rapport aux autres types de cartes qui, selon les exigences de votre projet, pourraient en faire votre choix de prédilection. Ceux-ci incluent :
• Coût inférieur :Parce que les circuits imprimés monocouche sont plus simples que les circuits imprimés double face et multicouches, ils nécessitent moins de ressources, moins de temps et moins d’expertise pour être conçus et fabriqués. Cela les rend moins coûteux. S’il est possible d’utiliser une carte simple face sans sacrifier la qualité et les performances, la plupart des gens le font en raison de ses avantages économiques. Lorsqu’il s’agit de comparer les circuits imprimés simple couche et multicouches, le coût inférieur est l’un des avantages majeurs des cartes simple face.
• Conception et production plus simples :Les cartes simple face sont relativement simples et également très courantes, ce qui signifie que la plupart des concepteurs peuvent facilement les concevoir et que la plupart des fabricants peuvent les produire sans aucun problème. Les processus de conception et de production seront plus faciles que pour les circuits imprimés multicouches et donneront des résultats positifs de manière constante. Presque n’importe quelle entreprise de PCB peut produire des cartes simple couche en raison de leur simplicité.
• Volume élevé:La facilité avec laquelle ces cartes peuvent être produites signifie que vous pouvez en commander de grands volumes sans rencontrer de problèmes. Comme des quantités plus élevées réduisent encore davantage le prix par carte, la commande en gros est l’un des meilleurs moyens de tirer le maximum de valeur des circuits imprimés simple face.
• Délai de livraison court :Les cartes monocouches peuvent être fabriquées rapidement en raison de leur simplicité et du fait qu’elles nécessitent moins de ressources que les circuits imprimés multicouches. Cela en fait le choix idéal lorsque vous avez besoin de circuits imprimés rapidement, même en grande quantité.
Inconvénients des circuits imprimés simple couche
Malgré leurs avantages en termes de coût et d’autres atouts, les cartes monocouches ne sont pas le bon choix pour chaque projet en raison des limites qu’elles présentent, notamment :
• Conception simpliste:La simplicité des cartes simple couche est l’un de leurs plus grands avantages, mais c’est aussi une limitation importante. Pour les dispositifs plus complexes qui nécessitent un plus grand nombre de composants et de connexions, une seule couche ne fournit pas suffisamment d’espace ni de capacité. Si les fils se croisent, l’appareil ne fonctionnera pas correctement, il est donc essentiel que la carte dispose de suffisamment d’espace pour tout accueillir. Les conceptions plus complexes ne peuvent tout simplement pas tenir sur des circuits imprimés simple face.
• Vitesse plus lente et capacité de fonctionnement réduite :Le nombre limité de connexions sur ces cartes affecte également leur puissance et leur vitesse. Ces conceptions moins denses ne sont pas aussi robustes que celles comportant davantage de circuits et ont une capacité de fonctionnement inférieure. Elles peuvent ne pas disposer d’une puissance suffisante pour certaines applications.
• Taille plus grande et poids plus élevé :Pour ajouter des fonctionnalités à une carte simple face, vous devez en augmenter les dimensions plutôt que d’ajouter une autre couche, comme vous pourriez le faire avec un circuit imprimé multicouche. Vous pourriez utiliser plusieurs cartes distinctes, mais une seule carte multicouche pourrait probablement répondre aux mêmes exigences. Augmenter la taille ou le nombre de cartes dans un appareil augmente également le poids de votre produit final.
Circuits imprimés simple couche : peser le pour et le contre
Pour déterminer si un circuit imprimé simple face vous convient, vous devez prendre en compte les exigences de votre projet et vérifier si les cartes simple face disposent des capacités nécessaires pour y répondre. Pour les dispositifs plus simples, elles sont généralement le choix privilégié en raison de leur faible coût et de leurs délais de production rapides. En revanche, pour les projets plus complexes, elles n’offrent souvent pas une fonctionnalité suffisante.
Pesez les avantages et les inconvénients des circuits imprimés monocouche avant de décider de les utiliser. Pour résumer, les avantages et les inconvénients des circuits imprimés monocouche incluent :
Avantages :
• Coût inférieur
• Conception et production plus simples
• Capacité à être produit en grande quantité
• Délai de livraison plus court
Inconvénients :
• Trop simpliste pour les projets complexes
• Capacité opérationnelle réduite
• Vitesse plus lente
• Plus grande taille
• Poids plus élevé
Les circuits imprimés simple face sont-ils le type de composant qu’il vous faut ? S’ils répondent aux critères de votre projet et que les avantages ci-dessus l’emportent sur les inconvénients, c’est probablement le cas.
Applications des circuits imprimés simple couche
Ces cartes sont des choix populaires pour une grande variété d’appareils électroniques en raison de leur faible coût et de la relative facilité avec laquelle elles peuvent être produites. Bien que les cartes multicouches rattrapent leur retard à mesure que les appareils électroniques deviennent plus complexes, les cartes simple couche ont historiquement été le type le plus courant. On les retrouve souvent dans des dispositifs ayant une fonction spécifique et ne nécessitant ni le stockage de grandes quantités de données ni l’accès à Internet, même si ce n’est pas toujours le cas.
Vous trouverez des circuits imprimés simple couche dans de nombreux petits appareils ménagers, comme les cafetières. Ils constituent également la technologie à l’origine de la plupart des calculatrices, radios, imprimantes et lampes à LED. Des dispositifs de stockage plus simples, comme les disques SSD, utilisent souvent des circuits imprimés simple face, tout comme des composants tels que les alimentations électriques et de nombreux types de capteurs.
Avantages des circuits imprimés multicouches
Bien que les cartes monocouches aient leurs avantages, les conceptions multicouches sont plus bénéfiques pour certaines applications. Pour certains appareils, il est même nécessaire d’avoir plusieurs couches. Les avantages des circuits imprimés multicouches plus complexes incluent :
• Utile pour des projets plus complexes :Les appareils plus complexes, qui impliquent davantage de circuits et de composants, nécessitent souvent l’utilisation d’un PCB multicouche. S’ils ont besoin de plus de circuits que ce qu’une seule carte peut contenir, il est possible d’ajouter de l’espace en ajoutant des couches. Le fait de disposer de plusieurs couches garantit qu’il y a suffisamment de place pour les connexions, ce qui est idéal pour les appareils plus avancés. Les appareils aux usages multiples et aux fonctionnalités avancées, comme les smartphones, exigent ce niveau de complexité.
• Haute qualité:Les cartes multicouches nécessitent une planification plus poussée et des processus de production plus intensifs ; elles sont donc généralement de meilleure qualité que les autres types de cartes. La conception et la fabrication de ces cartes exigent davantage de compétences et des outils plus avancés que pour des composants plus simples, ce qui augmente la probabilité d’obtenir un produit de très haute qualité. Beaucoup de ces conceptions intègrent des fonctionnalités avancées d’impédance contrôlée et un blindage contre les interférences électromagnétiques, améliorant encore les performances.
• Puissance ajoutée :En raison de la densité de circuits accrue des PCB multicouches, ils sont plus puissants que les conceptions moins complexes. Ils ont une capacité de fonctionnement plus élevée et peuvent fonctionner à des vitesses supérieures, ce qui est souvent nécessaire pour les dispositifs avancés qu’ils alimentent et permet d’améliorer les performances.
• Durabilité accrue :Un plus grand nombre de couches signifie que la carte est plus épaisse et donc plus durable que les PCB simple face. C’est une autre raison pour laquelle il est préférable d’ajouter des fonctionnalités au moyen de couches supplémentaires plutôt que d’augmenter les dimensions d’une seule couche. Cette durabilité accrue permet aux cartes de résister à des conditions plus difficiles et de durer souvent plus longtemps.
• Taille plus petite et poids plus léger :Les circuits imprimés multicouches offrent cette durabilité accrue tout en conservant une taille relativement réduite et un poids faible. Comme ils empilent les couches les unes sur les autres, vous pouvez intégrer davantage de fonctionnalités dans un espace plus restreint que sur d’autres cartes. Cette taille plus petite se traduit également par un poids plus léger. Une carte simple couche devrait être assez grande pour égaler les fonctionnalités d’une carte multicouche. Vous pourriez éventuellement obtenir le même résultat en utilisant plusieurs cartes simple couche, mais cela augmenterait également la taille et le poids de votre produit final.
• Point de connexion unique:L’utilisation de plusieurs composants de circuits imprimés nécessiterait plusieurs points de connexion. Les cartes multicouches, en revanche, sont conçues pour fonctionner avec un seul point de connexion, ce qui simplifie la conception de l’appareil électronique et réduit encore le poids. Lorsqu’il s’agit de décider entre utiliser plusieurs cartes simple face ou une seule carte de circuit imprimé multicouche, la carte multicouche est généralement le meilleur choix.
Inconvénients des circuits imprimés multicouches
Cependant, les fonctionnalités améliorées et les autres avantages offerts par les cartes multicouches ont un coût. Ces inconvénients signifient qu’elles ne sont peut-être pas le choix idéal pour chaque type de projet. Ils incluent :
• Coûts plus élevés :La conception et la fabrication de cartes à plusieurs couches sont plus coûteuses que la production de cartes à une ou deux couches seulement. Cela nécessite davantage de ressources, de temps et de compétences, ce qui fait augmenter le prix. Assurez-vous toujours que les avantages d’un composant multicouche l’emportent sur les coûts. Si avoir plus de deux couches n’est pas nécessaire, vous pourriez envisager de vous en tenir à un PCB monocouche.
• Conception et production plus complexes :La conception et la production de cartes multicouches constituent un processus plus complexe et plus exigeant que la fabrication de cartes simple couche. Cela signifie que vous avez besoin de concepteurs et de fabricants hautement qualifiés disposant d’équipements spécialisés. Vous êtes également plus susceptible de rencontrer des difficultés tout au long du processus, surtout si vous ne disposez pas des ressources nécessaires.
• Moins de disponibilité :En raison de la spécialisation qu’exigent les circuits imprimés multicouches, tous les fabricants ou fournisseurs ne sont pas en mesure de les produire ou de les fournir de manière fiable. Vous pourriez constater qu’il est plus difficile de trouver l’entreprise adéquate avec laquelle collaborer pour la conception, la fabrication ou la réparation d’un circuit comportant un grand nombre de couches. Si un circuit a besoin de réparations, il peut également être plus difficile de trouver quelqu’un capable de le remettre en état.
• Délais de livraison plus longs :La conception et la production de cartes multicouches prennent également plus de temps que la fabrication de cartes simple couche. Il y a davantage d’éléments à prendre en compte, qui doivent tous être solidement fixés les uns aux autres afin de former une seule carte à partir des différentes couches. Ces procédés sont également plus complexes, ce qui allonge le délai de fabrication. Si vous avez besoin que vos cartes soient produites rapidement, l’utilisation de circuits imprimés multicouches pourrait ne pas vous convenir. Si une erreur se produit au cours du processus de production ou si vous souhaitez modifier la conception, la retouche peut être extrêmement chronophage et peut s’avérer impossible sans remplacer certains composants, ce qui augmente les coûts de matériel.
• Réparations plus complexes :Les circuits imprimés multicouches sont relativement fiables, mais si un problème survient, la complexité de leur conception peut rendre les réparations plus difficiles. Si un problème se produit avec un composant électronique ou si la carte est physiquement endommagée, il peut être plus difficile d’identifier la cause, car certaines des couches internes et les vias qui les relient ne sont pas visibles de l’extérieur. Le grand nombre de composants présents sur la carte rend également les réparations plus complexes et plus longues.
Circuits imprimés multicouches : peser le pour et le contre
Les circuits imprimés multicouches sont-ils parfaits pour votre appareil électronique ? Si l’appareil se situe dans la partie la plus complexe du spectre, il se peut bien que ce soit le cas. Préparez-vous toutefois à payer davantage pour la fonctionnalité accrue et les autres avantages. Prenez en compte les avantages et les inconvénients du choix de circuits imprimés multicouches, ainsi que les besoins de votre projet et les ressources que vous pouvez consacrer à l’acquisition des cartes. Les avantages et les inconvénients des circuits imprimés multicouches incluent :
Avantages :
• Capacité à gérer des fonctionnalités plus complexes
• Meilleure qualité
• Plus de puissance, de capacité de fonctionnement et de vitesse
• Durabilité améliorée
• Taille réduite et poids allégé
• Point de connexion unique
Inconvénients :
• Coûts plus élevés
• Conception et production plus complexes
• Disponibilité limitée
• Délais de livraison plus longs
• Réparations plus complexes
Applications des circuits imprimés multicouches
À mesure que la technologie devient plus avancée, les circuits imprimés multicouches deviennent plus courants. La fonctionnalité complexe et la taille réduite de nombreux appareils électroniques actuels rendent nécessaire l’utilisation de plusieurs couches dans leurs cartes de circuits. Une gamme d’appareils dans divers secteurs utilise des cartes multicouches, en particulier ceux qui comportent plusieurs fonctions et des capacités plus complexes.
Les circuits imprimés multicouches apparaissent dans de nombreux composants informatiques, y compris les cartes mères et les serveurs. Les appareils informatisés, des ordinateurs portables et tablettes aux smartphones et montres connectées, utilisent ce type de cartes. Les smartphones nécessitent généralement une douzaine de couches. Les systèmes qui permettent à des appareils électroniques comme les smartphones, les ordinateurs portables et les dispositifs GPS de fonctionner, tels que les tours de téléphonie mobile et les technologies satellitaires, incluent également des cartes multicouches en raison des fonctionnalités avancées qu’ils exigent.
Les appareils moins complexes que les smartphones et les tours de télécommunication, mais trop sophistiqués pour un circuit imprimé simple face, utilisent généralement entre 4 et 8 couches. Des exemples de ce type de produits incluent des articles ménagers comme les fours à micro-ondes et les climatiseurs, qui recourent de plus en plus à la technologie multicouche.
Les dispositifs médicaux fonctionnent également souvent sur des cartes comportant plus de trois couches en raison de la fiabilité, de la petite taille et de la conception légère qu’ils exigent. Les circuits imprimés multicouches apparaissent dansRayons Xmachines, moniteurs cardiaques, équipements de tomodensitométrie et de nombreuses autres applications.
Les industries automobile et aérospatiale utilisent également de plus en plus de composants électroniques qui doivent être à la fois durables et légers, ce qui fait de ce type de PCB un choix idéal. Ces composants doivent être capables de résister à l’usure, à la chaleur et à d’autres conditions difficiles. Les ordinateurs de bord, les systèmes GPS, les capteurs de moteur, les interrupteurs de phares et de nombreux autres composants utilisent ces cartes.
Les circuits imprimés comportant un grand nombre de couches sont également courants dans l’industrie. De plus en plus de machines industrielles intègrent des composants informatisés et sont souvent équipées de capteurs, de dispositifs de commande et d’autres éléments nécessitant des circuits imprimés. Ces équipements doivent offrir des fonctionnalités avancées, ainsi qu’une grande fiabilité et durabilité, en raison des conditions difficiles qui règnent dans de nombreuses installations industrielles.
Pour des raisons similaires, les circuits imprimés multicouches jouent un rôle dans de nombreuses applications militaires, les équipements d’analyse météorologique, les systèmes d’alarme, les accélérateurs atomiques et une multitude d’autres types d’équipements électroniques.
Décider si vous avez besoin de circuits imprimés simple couche ou multicouches
Pour déterminer si vous avez besoin de circuits imprimés simple couche ou multicouches, vous devez tenir compte des besoins de votre projet et du type qui y répond le mieux. Posez-vous ces cinq questions :
1. De quel niveau de fonctionnalité ai-je besoin ?S’il est plus complexe, vous pourriez avoir besoin de plusieurs couches.
2. Quelle est la taille maximale que le plateau peut avoir ?Les cartes multicouches peuvent intégrer davantage de fonctionnalités dans un espace plus réduit.
3. La durabilité est-elle une priorité ?Dans ce cas, optez pour une structure multicouche.
4. Quel est mon budget ?Pour les budgets plus modestes, les cartes monocouche sont les plus adaptées.
5. En combien de temps ai-je besoin des circuits imprimés ?Les circuits imprimés monocouches ont un délai de fabrication plus court que les circuits imprimés multicouches.
Vous devrez également traiter des questions plus techniques concernant les exigences, telles que la fréquence de fonctionnement, la densité et le nombre de couches de signaux dont vous avez besoin. Déterminer les réponses à ces questions vous aidera à savoir si vous avez besoin d’une carte à une, deux, quatre ou davantage de couches. Pour plus d’informations sur ces spécifications et d’autres conseils pour choisir une conception de PCB,consultez notre article de blog sur le sujet.
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Ressources utiles
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•Comment déterminer le nombre de couches dans les PCB
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