On envisage généralement un circuit imprimé à 8 couches lorsqu'une conception à 4 ou 6 couches ne permet plus d'offrir suffisamment d'espace pour le routage ou des performances électriques adéquates.
Il est couramment utilisé dans :
- Équipements de réseau
- Systèmes de contrôle industriel
- Informatique embarquée
- Produits de communication
- Électronique numérique à haute vitesse
- Électronique automobile
- Instrumentation complexe
Le prix d'un Circuit imprimé à 8 couches Cela dépend de bien plus que du nombre de couches.
Parmi les variables importantes, on peut citer :
- Dimensions de la planche
- Empilement
- Choix du stratifié
- Poids du cuivre
- Largeur minimale des pistes et espacement minimal
- Via la structure
- Exigences en matière d'impédance
- Finition de la surface
- Quantité
- Essais
- Délai de production
Le coût de fabrication d'un circuit imprimé à 8 couches utilisant du FR-4 classique et des vias traversants peut être très différent de celui d'un circuit imprimé HDI à 8 couches utilisant un procédé de stratification séquentielle et des microvias.
Table des matières
Pourquoi un circuit imprimé à 8 couches coûte-t-il plus cher ?
Ces couches supplémentaires entraînent une augmentation tant de la consommation de matière que des opérations de fabrication.
Par rapport à un circuit imprimé classique à 4 couches, une structure à 8 couches nécessite généralement davantage :
- Matériau de base
- Préimprégné
- Feuille de cuivre
- Traitement des couches internes
- Lamination
- Forage
- Placage
- Contrôle des inscriptions
- L'inspection
Cependant, le coût n'augmente pas simplement proportionnellement au nombre de couches.
Le volume de production et le taux d'utilisation des panneaux peuvent influencer considérablement le prix unitaire.
Par exemple, un petit lot de prototypes peut présenter un coût unitaire relativement élevé, car les coûts d'ingénierie et de mise en place sont répartis sur un nombre restreint de cartes.
Aux niveaux de production, ces coûts fixes ont un impact bien moindre sur chaque circuit imprimé.
L'empilement est un facteur de coût important
Un circuit imprimé à 8 couches offre aux ingénieurs une flexibilité nettement supérieure pour l'agencement des couches de signaux, d'alimentation et de masse.
Une construction simplifiée pourrait ressembler à ceci :
L1 Signal L2 Masse L3 Signal L4 Alimentation L5 Masse L6 Signal L7 Masse / Alimentation L8 Signal
La composition exacte dépend de la conception.
Pour les applications à haute vitesse, la configuration doit également tenir compte des éléments suivants :
- Impédance contrôlée
- Chemins de retour du signal
- Diaphonie
- Continuité plane
- Épaisseur diélectrique
- Matériau Dk
Cela signifie que la configuration la moins chère n'est pas toujours la plus adaptée.
Une superposition mal conçue peut entraîner des problèmes d'intégrité du signal dont la résolution s'avère beaucoup plus coûteuse après la fabrication.
Une analyse détaillée de ces relations est présentée dans Conception de l'empilement des couches d'un circuit imprimé.
Le choix des matériaux peut avoir une incidence considérable sur le prix
Le FR-4 standard convient à de nombreux circuits imprimés à 8 couches.
Mais certaines applications nécessitent des stratifiés plus performants.
On peut citer par exemple :
- FR-4 à haute Tg
- Stratifiés à faibles pertes
- Matériaux haute fréquence
- Matériaux à faible CTE
Pour un contrôleur industriel classique, le FR-4 standard peut tout à fait convenir.
Dans le cas d'une carte réseau à haut débit, les pertes diélectriques et la stabilité de la constante diélectrique (Dk) peuvent revêtir une importance bien plus grande.
Le matériau doit donc être choisi en fonction des exigences électriques et environnementales réelles.
Utiliser un matériau coûteux sans justification technique augmente les coûts sans pour autant améliorer le produit.
Dimensions de la carte et utilisation des panneaux
La surface des panneaux a une incidence directe sur la consommation de matériau, mais le taux d'utilisation des panneaux joue également un rôle important.
Considérons deux modèles aux dimensions presque identiques.
Si une disposition permet de disposer plus efficacement plusieurs cartes individuelles sur un panneau de production, le coût des matériaux par carte de circuit imprimé peut être réduit.
Cela vaut tout particulièrement pour les quantités de production.
Lorsque la conception mécanique offre encore une certaine marge de manœuvre, il peut être utile de réexaminer les points suivants :
- Contour du tableau
- Disposition des matrices
- Exigences relatives aux rails
- Zones d'outillage
avant de publier les données définitives de production.
Poids du cuivre
De nombreux circuits imprimés à 8 couches utilisent des épaisseurs de cuivre standard, mais les conceptions à forte consommation d'énergie peuvent nécessiter une épaisseur de cuivre plus importante sur certaines couches.
Une augmentation de la teneur en cuivre entraîne :
- Utilisation des matériaux
- Exigences en matière de placage
- Difficulté de gravure
- Exigences en matière de contrôle des processus
Si un circuit comporte à la fois des couches à courant fort et des couches à courant faible, il peut être utile de se demander si toutes les couches nécessitent réellement la même épaisseur de cuivre.
L'objectif n'est pas de réduire au maximum la quantité de cuivre à tout prix, mais d'éviter d'en prévoir davantage que ce qu'exige la conception électrique.
La structure a un impact majeur
C'est l'un des domaines dans lesquels le prix de deux circuits imprimés à 8 couches peut varier considérablement.
Une conception classique peut faire appel à des vias traversants standard.
Une autre conception peut nécessiter :
- Vias aveugles
- Vias enterrés
- Microvias
- Via intégrée au pad
- Perçage en retrait
Chaque structure supplémentaire implique des contraintes de fabrication.
Vias traversants
Ce sont généralement les solutions les plus simples.
Vias aveugles et enfouis
Ces solutions peuvent améliorer la flexibilité du routage, mais nécessitent un processus de fabrication plus complexe.
Microvias
Les microvias sont généralement associées aux conceptions HDI et au perçage au laser.
Perçage en retrait
Le perçage en contre-dépouille permet d'éliminer les parties inutilisées des trous métallisés et d'améliorer les performances des signaux à haute vitesse.
Cela implique une opération de fabrication supplémentaire et doit donc être justifié par la conception électrique.
Pour les structures plus complexes, consultez le document existant PCB HDI contenu.
Une impédance contrôlée peut avoir une incidence sur le coût
Un circuit imprimé à 8 couches est souvent utilisé pour les conceptions comportant plusieurs interfaces à haut débit.
On peut citer par exemple :
- Mémoire DDR
- PCIe
- Ethernet
- USB
- SerDes
- Interfaces liées à la radiofréquence
Ces conceptions peuvent nécessiter une impédance contrôlée.
Les exigences en matière d'impédance ont une incidence sur la conception du circuit imprimé par le biais :
- Largeur de la piste
- Épaisseur du cuivre
- Épaisseur diélectrique
- Position du plan de référence
- Propriétés des matériaux
Une tolérance d'impédance plus stricte peut nécessiter un contrôle et une vérification plus rigoureux du processus.
Il est donc important de préciser les exigences en matière d'impédance avant de finaliser l'empilement.
Finition de la surface
La finition de surface a généralement moins d'influence sur le coût total que le nombre de couches ou les structures de vias spéciales, mais elle entre tout de même en ligne de compte dans le devis.
Parmi les choix courants, on trouve notamment :
- HASL
- HASL sans plomb
- ENIG
- OSP
- Argent d'immersion
La sélection doit se fonder sur :
- Espacement des composants
- Processus d'assemblage
- Environnement du produit
- Exigences en matière de fiabilité
Par exemple, une conception BGA à pas fin peut tirer parti d'une finition de surface plus lisse.
Épaisseur du circuit imprimé
Un circuit imprimé à 8 couches ne nécessite pas forcément un support épais.
L'épaisseur finale dépend des facteurs suivants :
- Épaisseur du noyau
- Fabrication à partir de préimprégnés
- Épaisseur du cuivre
- Exigences mécaniques
- Exigences en matière d'impédance
Si l'enceinte permet une construction standard, il n'y a peut-être aucune raison de préciser une épaisseur inhabituelle.
Cependant, les conceptions à haute vitesse nécessitent parfois une géométrie diélectrique spécifique pour obtenir l'impédance souhaitée.
Dans ces cas-là, les exigences électriques priment sur une légère différence de coût des matériaux.
Pourquoi l'indice de développement humain (IDH) peut rendre un circuit imprimé à 8 couches beaucoup plus cher
Un circuit imprimé à 8 couches n'est pas forcément un circuit HDI.
Un circuit imprimé classique à 8 couches peut souvent être fabriqué à l'aide de la technologie des trous traversants.
L'indice HDI s'avère utile lorsque la conception présente des problèmes tels que :
- Boîtiers BGA très denses
- Surface de planche limitée
- Composants à pas fin
- Un grand nombre de connexions
- Acheminement complexe dans les couches internes
L'IDH peut refléter :
- Perçage au laser
- Remplissage des microvias
- Laminage séquentiel
- Placage supplémentaire
- Des conditions d'enregistrement plus strictes
Si la conception peut être routée avec succès sans recourir à ces procédés, le fait d'éviter les structures HDI superflues permet de réduire les coûts.
Guide pratique : Évaluer le coût d'un circuit imprimé à 8 couches avant la production
Étape 1 : Vérifier la structure des calques
Do not simply specify “8 layers.”
Définissez le rôle de chaque couche.
Par exemple :
L1 – SignalL2 – GroundL3 – SignalL4 – PowerL5 – GroundL6 – SignalL7 – Power / GroundL8 – Signal
L'assemblage proprement dit doit être conçu en fonction des exigences électriques.
Étape 2 : Vérifier le matériau
Confirmer :
- Gamme de stratifiés
- Tg
- Dk/Df le cas échéant
- Construction à base d'âme et de préimprégnés
Étape 3 : Examiner la stratégie Via
Demandez-vous si la conception a vraiment besoin :
- Microvias
- Vias aveugles
- Vias enterrés
- Perçage en retrait
Si les vias à trous traversants standard fonctionnent, elles peuvent simplifier la fabrication.
Étape 4 : Vérifier les exigences en matière d'impédance
Identifier :
- Impédance asymétrique
- Impédance différentielle
- Tolérance requise
- Interfaces à haut débit
Il convient de tenir compte de ces exigences avant de finaliser l'empilement.
Étape 5 : Vérification du poids du cuivre
Identifiez les couches qui transportent effectivement un courant important.
Évitez d'utiliser systématiquement du cuivre épais sur l'ensemble du circuit imprimé.
Étape 6 : Comparer les devis équivalents
Assurez-vous que les différents devis utilisent les mêmes éléments :
- Matériau
- Empilement
- Poids du cuivre
- Finition de la surface
- Quantité
- Exigences en matière d'essais
- Délai de livraison
Sinon, la comparaison des prix est trompeuse.
Dans quels cas un circuit imprimé à 8 couches justifie-t-il son surcoût ?
Passer de 6 à 8 couches est judicieux lorsque la capacité de routage supplémentaire permet de résoudre un véritable problème de conception.
Parmi les raisons les plus courantes, on peut citer :
Encore plus de routage à haut débit
Des couches supplémentaires offrent davantage de canaux de routage et de plans de référence.
Une meilleure distribution de l'énergie
La mise en place de structures distinctes pour l'alimentation et la masse peut simplifier la distribution.
Réduction de la diaphonie
Une meilleure répartition des couches et un meilleur contrôle du plan de référence peuvent améliorer l'isolation des signaux.
Moins de compromis en matière de routage
Un nombre plus élevé de couches peut permettre d'obtenir des pistes plus larges et un routage plus net.
Une carte de plus petite taille
L'ajout de couches permet parfois de réduire la taille du circuit imprimé.
Il s'agit là d'un compromis important.
Une carte plus grande à 6 couches n'est pas forcément moins chère pour le produit fini qu'une carte plus petite à 8 couches.
Coût d'un circuit imprimé à 8 couches par rapport à celui d'un circuit imprimé à 6 couches
Cette différence ne doit pas être considérée uniquement comme :
8 couches = plus cher
La comparaison la plus pertinente est la suivante :
| Aspect conceptuel | 6 couches | 8 couches |
|---|---|---|
| Capacité de routage | Modéré | Plus élevé |
| Plans de référence | Bien | Plus flexible |
| Routage à haut débit | Modéré | Mieux |
| Utilisation des matériaux | Plus bas | Plus élevé |
| Complexité de fabrication | Modéré | Plus élevé |
| Exigence relative à l'indice de développement humain (IDH) | En fonction de l'application | En fonction de l'application |
| Densité de conception type | Moyen | Medium–high |
Pour un contrôleur simple, 8 couches peuvent s'avérer superflues.
Dans le cadre d'une conception impliquant une forte densité de composants informatiques ou de réseau, ces couches supplémentaires peuvent simplifier l'ensemble du circuit imprimé.
Comment réduire le coût d'un circuit imprimé à 8 couches
L'approche la plus pratique consiste à réduire la complexité inutile des processus.
Recourir à une construction classique dans la mesure du possible
Si les vias traversantes permettent de répondre aux exigences de routage, il n'y a peut-être aucune raison d'introduire des microvias.
Utilisez des matériaux standard lorsque cela est approprié
Les matériaux spécialisés à faibles pertes devraient être réservés aux conceptions qui en ont réellement besoin.
Évitez un apport excessif en cuivre
Utilisez du cuivre plus épais lorsque les exigences en matière de courant et de dissipation thermique le justifient.
Optimiser les dimensions de la carte
Un tracé mieux conçu peut permettre d'optimiser l'utilisation des panneaux.
Vérifier dès le début les exigences en matière d'impédance
Des modifications de dernière minute dans la configuration peuvent entraîner une refonte du projet et un surcroît de travail d'ingénierie.
Évitez les tolérances inutilement serrées
Concevoir en repoussant les limites de la fabrication peut accroître la difficulté de production sans apporter de réel avantage au produit.
FAQ
A：It generally costs more than a comparable 4 or 6 layer board because of additional material and fabrication steps. However, the actual price depends heavily on the stackup, material, board size, quantity, and via structure.
R : Parmi les raisons courantes, on peut citer une densité de routage plus élevée, un plus grand nombre d'interfaces haut débit, une meilleure distribution de l'alimentation, un meilleur contrôle du plan de référence et une taille de carte réduite.
R : Non. De nombreuses cartes à 8 couches peuvent être fabriquées à l'aide de vias traversants classiques. La technologie HDI est utilisée lorsque la densité de routage ou le conditionnement des composants l'exige.
R : Oui. Le FR-4 standard convient à de nombreuses applications. Les environnements à haute vitesse ou particulièrement exigeants peuvent nécessiter un autre type de matériau.
R : La combinaison du matériau, de la taille du circuit imprimé, de la quantité, de la structure en couches, de l'épaisseur du cuivre, de la structure des vias et des procédés de fabrication spécifiques a généralement une incidence bien plus importante que n'importe quelle spécification prise isolément.
Conclusion
Un circuit imprimé à 8 couches coûte plus cher qu'un circuit multicouche plus simple, car il nécessite davantage de matériaux et d'opérations de fabrication. Cependant, ces couches supplémentaires peuvent offrir des avantages techniques considérables.
La décision doit être fondée sur ce que ces couches supplémentaires permettent de résoudre.
S'ils fournissent :
- Meilleure intégrité du signal
- Une capacité de routage accrue
- Une distribution d'électricité plus propre
- Plans de référence améliorés
- Un plateau plus petit
alors le surcoût de fabrication peut se justifier.
Pour maîtriser les coûts, la meilleure approche consiste à simplifier au maximum la construction, dans la mesure où la conception le permet :
empilement adapté + matériau approprié + structure des vias pratique + tolérances raisonnables
Cela offre aux ingénieurs un objectif plus pertinent que le simple fait de chercher à obtenir le devis le plus bas possible pour un circuit imprimé.
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