Empilement de couches

Pourquoi l’empilement ?

Le développement irréversible de l’électronique moderne pousse de plus en plus les circuits imprimés (PCB) vers des exigences telles que la miniaturisation, la légèreté, la haute vitesse, de meilleures fonctionnalités et une fiabilité accrue, ainsi qu’une durée de vie plus longue, ce qui entraîne la popularité des PCB multicouches. Assemblés à l’aide d’un type d’adhésif semi-solide appelé « préimprégné » (prepreg), deux ou plusieurs PCB simple et/ou double face sont empilés pour former des PCB multicouches grâce à une connexion mutuelle prédéfinie et fiable entre eux. Il y a au moins trois couches conductrices dans un PCB multicouche, avec deux couches extérieures et une couche intégrée dans la carte isolante. Avec l’augmentation de la complexité et de la densité des PCB, certains problèmes peuvent survenir, tels que le bruit, la capacité parasite et la diaphonie, lorsque la disposition des couches résulte d’une conception inefficace.

La planification optimale de l’empilement multicouche est l’un des éléments les plus importants pour déterminer les performances de Compatibilité Électromagnétique (CEM) d’un produit. Un empilement de couches bien conçu peut à la fois minimiser le rayonnement et empêcher le circuit d’être perturbé par des sources de bruit externes. Des substrats de PCB bien empilés peuvent également réduire la diaphonie des signaux et les problèmes de désadaptation d’impédance. Cependant, un empilement de mauvaise qualité peut augmenter le rayonnement EMI (Interférences Électromagnétiques), car les réflexions et les oscillations dans le système, résultant d’une désadaptation d’impédance, peuvent réduire considérablement les performances et la fiabilité des produits. Cet article se concentre donc sur la définition de l’empilement de couches, ses règles de conception et les considérations essentielles.

Qu’est-ce que l’empilement ?

L’empilage fait référence à l’agencement des couches de cuivre et des couches isolantes qui constituent un PCB avant la conception du routage de la carte. Bien qu’un empilage de couches vous permette d’intégrer davantage de circuits sur une seule carte grâce aux différentes couches du PCB, la structure de la conception de l’empilage de PCB offre de nombreux autres avantages :
• Une pile de couches de PCB peut vous aider à minimiser la vulnérabilité de votre circuit au bruit externe, ainsi qu’à réduire les émissions et à limiter les problèmes d’impédance et de diaphonie sur les circuits imprimés à haute vitesse.
• Une bonne configuration d’empilement de couches de PCB peut également vous aider à concilier votre besoin de méthodes de fabrication économiques et efficaces avec les exigences liées aux problèmes d’intégrité du signal
• Le bon empilement de couches de PCB peut également améliorer la compatibilité électromagnétique de votre conception.

Il sera très souvent à votre avantage d’adopter une configuration de PCB empilée pour vos applications basées sur des circuits imprimés.

Pour les circuits imprimés multicouches, les couches générales comprennent le plan de masse (plan GND), le plan d’alimentation (plan PWR) et les couches de signaux internes. Voici un exemple d’empilement de PCB à 8 couches.

Empilement des couches de PCB - PCBCart

Conformément à cette figure, il est clairement évident que la répartition des couches dans les PCB respecte une structure symétrique ou équilibrée. Outre la répartition des couches, l’espacement entre les couches doit également être pris très au sérieux. Pour répondre à l’exigence de miniaturisation, un espacement minimal des pistes doit être obtenu lors de la planification de l’empilage des couches. L’espace entre les couches peut être soit un noyau (core), soit un préimprégné (prepreg). Les circuits imprimés multicouches se composent généralement d’au moins un ou plusieurs noyaux et préimprégnés. Les noyaux sont constitués de feuilles de stratifié époxy renforcé de fibre de verre plaquées de cuivre. L’épaisseur du noyau est comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm.

Le préimprégné est le terme courant désignant un tissu de renfort qui a été pré-imprégné avec un système de résine. Ce système de résine (généralement époxy) inclut déjà l’agent de durcissement approprié. La fonction principale du préimprégné est d’empiler toutes les couches pour former une carte entière sous haute température. Le tableau suivant présente les propriétés physiques et chimiques des principales catégories de préimprégné, à savoir 7628, 2116 et 1080.

En réalité, l’épaisseur de chaque type de préimprégné n’est pas toujours stable et des ajustements seront effectués pour répondre aux exigences spécifiques d’épaisseur du PCB. Plusieurs facteurs doivent être pris en considération lors de la détermination du nombre de couches de préimprégné, notamment l’épaisseur de la couche interne, l’exigence d’épaisseur liée à la conception du produit ou aux besoins de la technologie de fabrication, les caractéristiques du préimprégné, les performances pratiques et l’épaisseur réelle après l’essai d’empilage. L’image ci-dessous présente un exemple de PCB à 4 couches dont la répartition des couches et l’épaisseur sont illustrées.

Dans cet exemple, comme l’épaisseur de cuivre est stable,Fabricant de circuits imprimésnous ajusterons l’épaisseur du préimprégné et du noyau pour répondre au besoin d’épaisseur. Il existe deux méthodes pour être compatible avec l’ajustement mentionné ci-dessus.
•Décalage intercoucheLa rainure de rétraction de résine est utilisée dans la conception côté carte à la place du plot à débit étranglé. En ce qui concerne le positionnement de l’empilage, la méthode combinant soudure à chaud, rivet et goupille de centrage peut être utilisée pour résoudre le problème de décalage d’empilage.
•Mouchetures dans l’empilage. Lors du processus d’empilage des circuits, des coussinets en silicone peuvent être ajoutés, avec l’aide d’une plaque en époxy, afin que la pression reste équilibrée, ce qui permet à la fois d’éliminer les « measles » de stratification et de contrôler efficacement l’uniformité de l’épaisseur de la carte.

Sur la base des caractéristiques chimiques et physiques du préimprégné, vous pouvez estimer l’épaisseur ou le poids de cuivre du circuit imprimé final grâce à un calcul simple.

Pour obtenir une épaisseur spécifique de préimprégné, différents types de préimprégnés doivent être combinés afin d’atteindre l’épaisseur requise. Par exemple, l’épaisseur de 0,14 mm provient de la combinaison de deux feuilles de préimprégnés 1080, tandis que celle de 0,19 mm résulte de la combinaison de préimprégnés 2116 et 1080.

Empilement standard des couches de PCB de PCBCart

PCBCart fournitcircuits imprimés multicouchesavec des couches allant de 4 à 32 couches, une épaisseur de carte de 0,4 mm à 3,2 mm, une épaisseur de cuivre de 18 μm à 210 μm (0,5 oz à 6 oz), une épaisseur de cuivre de couche interne de 18 μm à 70 μm (0,5 oz à 2 oz), et un espacement minimal entre les couches de 3 mil.

Les images suivantes présentent l’empilage couramment utilisé par PCBCart pourService PCB standardLa structure réelle des couches sera déterminée par le matériau du PCB et de nombreux autres éléments. Si vous avez des exigences particulières concernant l’empilement des couches du PCB, veuillez envoyer par e‑mail l’épaisseur de votre circuit imprimé et le nombre de couches. Nous partagerons alors la structure de couches correspondante.

Remarque : Notre service de prototypes de circuits imprimés offre des possibilités limitées de configuration personnalisée de l’empilement des couches. Si votre application nécessite un empilement de couches spécifique, nous vous recommandons le service de circuits imprimés standard.

Un empilement de couches couramment utilisé pour les circuits imprimés à 4 couches

Couramment utiliséEmpilement de couches pour circuits imprimés à 6 couches

Un empilement de couches couramment utilisé pour les circuits imprimés à 8 couches

Un empilement de couches couramment utilisé pour les circuits imprimés à 10 couches

Un empilement de couches couramment utilisé pour les circuits imprimés à 12 couches

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Devis pour la fabrication de circuits imprimés avec empilement de couches personnalisé

Ressources utiles
•Composition des PCB et guide de sélection des matériaux
•Facteurs déterminant le nombre de couches et leur répartition dans les PCB
•Avantages et applications des circuits imprimés multicouches
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