La structure d'un circuit imprimé définit la disposition des couches de cuivre, des préimprégnés, des âmes et des matériaux diélectriques au sein d'un circuit imprimé.
Bien qu'il soit souvent négligé au début du développement, la conception de l'empilement est l'un des facteurs les plus importants qui influent sur :
- Intégrité du signal
- Impédance contrôlée
- Performance EMI
- Distribution d'électricité
- Comportement thermique
- Fiabilité de la production
Une configuration bien conçue permet d'éviter des modifications coûteuses et améliore les performances tant électriques que mécaniques.
À lire également : Processus de fabrication des PCB
Table des matières
Pourquoi la conception de l'empilement des circuits imprimés est-elle importante ?
De nombreux problèmes liés aux circuits imprimés trouvent leur origine dans une mauvaise conception des couches plutôt que dans un mauvais tracé.
Parmi les problèmes courants, on peut citer :
- Désadaptation de l'impédance
- Interférences électromagnétiques excessives
- Diaphonie
- Instabilité de l'alimentation électrique
- Déformation des circuits imprimés
- En raison de problèmes de fiabilité
Une bonne configuration des couches constitue la base d'une conception de circuit imprimé réussie.
Principaux éléments de la structure d'un circuit imprimé
Couches de cuivre
Les couches de cuivre transportent :
- Signaux
- Puissance
- Références au sol
Les épaisseurs de cuivre courantes sont les suivantes :
| Poids du cuivre | Épaisseur |
|---|---|
| une demi-once | 17 μm |
| 1 oz | 35 μm |
| 2 oz | 70 μm |
| 3 oz | 105 μm |
Une plus grande masse de cuivre améliore la capacité de transport de courant, mais influe sur les calculs d'impédance.
Matériaux de base
Le noyau assure le soutien structurel.
Les fonctionnalités comprennent :
- Stabilité mécanique
- Séparation diélectrique
- Performances thermiques
Le choix des matériaux a une incidence considérable sur la qualité du signal.
Lien interne : Choix des matériaux pour les circuits imprimés haute fréquence
Couches de préimprégné
Le préimprégné sert de matériau de liaison entre les âmes.
Pendant le laminage :
- La résine fond
- Les couches se lient entre elles
- L'épaisseur finale de la couche diélectrique est déterminée
Les caractéristiques des préimprégnés ont une influence directe sur le contrôle de l'impédance.
Plans de masse
Les plans de masse permettent :
- Circuits de retour de courant
- Réduction du bruit
- Suppression des interférences électromagnétiques
Les plans de référence continus sont indispensables pour les signaux à haute vitesse.
Avions à réaction
Les plans de puissance assurent une distribution efficace du courant tout en réduisant les fluctuations de tension.
Les avantages comprennent :
- Impédance plus faible
- Amélioration de l'intégrité de l'alimentation
- Meilleure répartition thermique
Structures courantes d'empilement des circuits imprimés
Assemblage de circuits imprimés à 4 couches
Une configuration courante est la suivante :
Signal
Sol
Puissance
SignalAvantages :
- Rentabilité
- Bonne maîtrise des interférences électromagnétiques
- Convient à de nombreux produits industriels
Applications :
- Systèmes embarqués
- Commandes industrielles
- Electronique grand public
À lire également : PCB à 4 couches
Structure d'un circuit imprimé à 6 couches
Configuration type :
Signal
Sol
Signal
Puissance
Sol
SignalAvantages :
- Meilleure isolation du signal
- Meilleur contrôle de l'impédance
- Réduction des interférences électromagnétiques
Couramment utilisé dans :
- Matériel de communication
- Automatisation industrielle
- Produits de réseau
Assemblage de circuits imprimés à 8 couches
Disposition type :
Signal
Sol
Signal
Puissance
Sol
Signal
Sol
SignalAvantages :
- Excellente intégrité du signal
- Forte densité de routage
- Réduction de la diaphonie
Applications :
- Serveurs
- Communication à haut débit
- Matériel médical
10 couches et plus
Prise en charge d'un plus grand nombre de couches :
- Routage HDI
- Processeurs complexes
- Autocars à grande vitesse
- Intégration RF
Lien interne : Fournisseur de circuits imprimés multicouches
Conception d'empilement pour l'intégrité du signal
Veillez à ce que les couches de signaux soient adjacentes aux plans de masse
Cela donne :
- Voies de retour stables
- Réduction des interférences électromagnétiques
- Impédance contrôlée
Un mauvais positionnement du plan de référence est l'une des erreurs de conception les plus courantes.
Réduire la surface de la boucle
Des boucles de courant plus faibles permettent de réduire :
- Rayonnement
- Bruit
- Sensibilité aux interférences
Contrôler les transitions entre les calques
Chaque transition via introduit :
- Discontinuités
- Réflexion
- Dégradation potentielle du signal
Lien interne : Analyse des défaillances des vias sur les circuits imprimés
Conception d'empilement pour une impédance contrôlée
L'impédance contrôlée dépend :
- Largeur de la piste
- Épaisseur diélectrique
- Épaisseur du cuivre
- Matériau Dk
Les ingénieurs doivent calculer l'impédance avant de commencer le routage.
Parmi les cibles courantes, on trouve :
| Interface | Impédance caractéristique |
|---|---|
| USB | 90 Ω Differential |
| Ethernet | 100 Ω Differential |
| PCIe | 85 Ω Differential |
| DDR | 40–60 Ω Single Ended |
Conception de l'empilement pour la réduction des interférences électromagnétiques
Les performances en matière d'interférences électromagnétiques s'améliorent lorsque :
Les plans de masse restent continus
À éviter :
- Grandes fissures
- Interruptions de vol
- Découpes inutiles
Les signaux à haute vitesse restent proches des signaux de référence
Cela permet de réduire au minimum :
- Rayonnement
- Diaphonie
- Perte de signal
Les couches d'alimentation et de masse sont correctement couplées
Des plans très proches les uns des autres génèrent une capacité distribuée.
Les avantages comprennent :
- Amélioration de l'intégrité de l'alimentation
- Réduction du bruit de commutation
Conception d'empilement en vue de la fabricabilité
Les performances électriques ne suffisent pas à elles seules.
L'assemblage doit également pouvoir être fabriqué.
Parmi les points importants à prendre en compte, on peut citer :
Structure en couches symétrique
Les conceptions équilibrées permettent de réduire :
- Déformation
- Contrainte interne
- Défaillances liées à la fiabilité
Lien interne : Déformation des circuits imprimés et déformation par refusion
Distribution symétrique du cuivre
Un cuivre irrégulier peut entraîner :
- Contrainte de stratification
- Délamination
- Instabilité dimensionnelle
Lien interne : Causes et prévention de la délamination des circuits imprimés
Épaisseur diélectrique appropriée
Évitez les couches diélectriques inutilement minces qui compliquent la fabrication.
Comment concevoir une structure de circuit imprimé efficace
- Étape 1
Définir :
. Vitesse du signal
. Nombre de couches
. Alimentation électrique - Étape 2
Choisissez les matériaux appropriés en fonction :
. Fréquence
. Exigences thermiques
. Objectifs de fiabilité
À lire également : Choix des matériaux pour les circuits imprimés haute fréquence - Étape 3
Prévoyez dès le début des plans de masse dédiés.
- Étape 4
Déterminez les exigences en matière d'impédance avant le routage.
- Étape 5
Vérifiez la faisabilité de la fabrication avec votre partenaire de fabrication de circuits imprimés.
- Étape 6
Vérifiez les performances à l'aide d'outils de simulation.
Erreurs courantes dans la conception des couches de circuits imprimés
Routage sans planification de l'empilement
Cela entraîne souvent des problèmes d'impédance.
Couches de sol insuffisantes
Résultats dans :
- Problèmes liés à l'EMI
- Mauvaise intégrité du signal
Structures asymétriques
Augmente le risque de déformation.
Changements de couche excessifs
Créer des discontinuités inutiles dans le signal.
Ne pas tenir compte des propriétés des matériaux
Peut entraîner des performances d'impédance peu fiables.
FAQ
R : Le nombre de couches requis dépend de la densité de routage, de la vitesse du signal et des exigences en matière de distribution d'énergie.
R : L'empilement a une incidence sur l'intégrité du signal, les interférences électromagnétiques, la facilité de fabrication et la fiabilité.
R : Non. Pour obtenir des calculs d'impédance précis, il faut disposer d'une structure d'empilement bien définie.
R : En règle générale, les couches de signaux doivent être adjacentes à des plans de référence continus.
R : Avant de commencer la conception du circuit imprimé. Une planification précoce de l'empilement permet d'éviter des modifications coûteuses par la suite.
Conclusion
La conception de la structure d'un circuit imprimé est l'une des décisions les plus importantes dans le développement d'un circuit imprimé.
Une structure bien conçue permet d'améliorer :
- Intégrité du signal
- Contrôle de l'impédance
- Performance EMI
- Fiabilité
- Fabricabilité
En alliant des principes de conception électrique rigoureux à des considérations liées à la fabrication, les ingénieurs peuvent créer des circuits imprimés qui fonctionnent de manière fiable, du prototype à la production en série.
FR 
EN 
PT 
AR 
DE 
ES