Coût lié à l'épaisseur des circuits imprimés : comment l'épaisseur d'un circuit imprimé influe sur son prix

L'épaisseur d'un circuit imprimé est souvent considérée comme une simple spécification mécanique, mais elle peut avoir une incidence directe sur le coût de fabrication.

Un circuit imprimé standard peut présenter une épaisseur courante, par exemple 1,6 mm, tandis que d'autres applications peuvent nécessiter des épaisseurs de 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 2,0 mm, voire plus.

Modifier l'épaisseur ne revient pas simplement à ajouter ou à retirer de la matière.

L'épaisseur finale est déterminée par la combinaison des éléments suivants :

• Couches de cuivre
• Matériaux de base
• Préimprégné
• Feuille de cuivre
• Structure de stratification
• Finition de la surface
• Tolérances de fabrication

Par conséquent, une épaisseur de carte inhabituelle peut avoir une incidence sur le choix des matériaux, la conception de l'empilement, le perçage, le laminage, le contrôle de l'impédance, les performances mécaniques et le rendement de production.

Pour optimiser le coût des circuits imprimés, la question essentielle n'est pas de savoir si une carte plus fine ou plus épaisse est, en soi, moins chère.

La question concrète est de savoir si l'épaisseur choisie est nécessaire pour le produit et si elle peut être fabriquée de manière efficace.

Que signifie « épaisseur d'un circuit imprimé » ?

L'épaisseur d'un circuit imprimé désigne généralement l'épaisseur finale de la carte une fois fabriquée.

Dans le cas d'un circuit imprimé multicouche, il ne s'agit pas simplement de l'épaisseur du stratifié recouvert de cuivre.

La structure finale peut inclure :

• Cuivre extérieur
• Cuivre interne
• Noyau
• Préimprégné
• Couches de liaison
• Finition de la surface

Par exemple, un circuit imprimé multicouche d'une épaisseur nominale de 1,6 mm peut être constitué de plusieurs combinaisons de couches centrales et de préimprégnés plutôt que d'une seule feuille de 1,6 mm.

C'est pourquoi il faut tenir compte à la fois de l'épaisseur finale spécifiée et de l'épaisseur réelle de l'empilement.

Épaisseurs courantes des circuits imprimés

Les spécifications d'épaisseur courantes des circuits imprimés sont les suivantes :

Épaisseur finale	Applications courantes
0,4 mm	Composants électroniques compacts, petits modules
0,6 mm	Produits électroniques fins
0,8 mm	Appareils compacts, conception légère
1,0 mm	Électronique grand public et industrielle
1,2 mm	Cartes compactes et polyvalentes
1,6 mm	Circuit imprimé polyvalent courant
2,0 mm	Résistance mécanique, applications industrielles
2,4 mm	Exigences mécaniques particulières
3,0 mm et plus	Structures de circuits imprimés complexes ou spécialisées

Il ne s'agit pas là de règles d'application strictes.

L'épaisseur appropriée dépend des exigences mécaniques, électriques, thermiques et d'assemblage du produit.

Pourquoi l'épaisseur d'un circuit imprimé influe sur son coût

L'épaisseur du circuit imprimé peut avoir une incidence sur plusieurs étapes du processus de fabrication.

Les principaux facteurs de coût sont les suivants :

• Matériau stratifié
• Épaisseur du noyau
• Sélection des préimprégnés
• Structure en cuivre
• Cycle de laminage
• Forage
• Placage
• Usinage mécanique
• Contrôle de l'impédance
• Disponibilité des matériaux
• Rendement de fabrication

Une épaisseur standard peut être plus facile à obtenir, car les matériaux et les paramètres de fabrication nécessaires sont couramment disponibles.

Une épaisseur inhabituelle peut nécessiter une configuration de couches moins courante ou des travaux d'ingénierie supplémentaires.

Par conséquent, deux planches de longueur et de largeur identiques peuvent avoir des prix différents, car leur épaisseur finale diffère.

Un circuit imprimé de 1,6 mm est-il toujours le moins cher ?

Pas forcément.

La épaisseur de 1,6 mm est largement utilisée et constitue souvent une norme pratique pour de nombreuses applications de circuits imprimés.

Toutefois, l'option la moins coûteuse dépend des éléments suivants :

• Nombre de couches
• Matériau
• Poids du cuivre
• Quantité
• Dimensions de la planche
• Empilement
• Finition de la surface
• Exigences relatives aux exercices

Pour un circuit imprimé à deux couches, une épaisseur de 1,6 mm peut constituer une solution simple.

Pour un circuit imprimé multicouche complexe, obtenir une épaisseur exacte de 1,6 mm peut nécessiter une combinaison spécifique de noyaux et de préimprégnés.

Dans certains cas, le fait d'autoriser une tolérance d'épaisseur raisonnable peut offrir au fabricant davantage d'options d'empilement et, éventuellement, améliorer l'efficacité de la production.

L'impact des circuits imprimés minces sur les coûts de fabrication

Les circuits imprimés fins permettent de réduire la quantité de matériau utilisée, mais cela ne signifie pas pour autant qu'ils sont moins chers.

Les planches très fines impliquent des contraintes supplémentaires au niveau de la fabrication.

Il peut s'agir notamment :

• Difficulté de manipulation
• Déformation
• Déformation mécanique
• Stabilité de forage
• Contrôle du laminage
• Manutention des assemblages
• Résistance à l'insertion du connecteur

Un circuit imprimé fin peut également nécessiter des matériaux spécifiques ou des contrôles de processus particuliers.

Par conséquent, la réduction de l'épaisseur finale de 1,6 mm à 0,8 mm doit être fondée sur les exigences réelles du produit.

Si le produit ne tire pas parti de cette conception plus fine, les économies de matière potentielles pourraient ne pas compenser la complexité supplémentaire liée à la fabrication.

Dans quels cas un circuit imprimé fin justifie-t-il son coût ?

Les circuits imprimés minces peuvent s'avérer utiles lorsque le produit est soumis à des contraintes dimensionnelles strictes.

Parmi les exemples typiques, on peut citer :

• Électronique portable
• Capteurs compacts
• Petits appareils grand public
• Assemblages mécaniques flexibles
• Modules à encombrement réduit
• Produits électroniques légers

L'objectif ne consiste généralement pas simplement à réduire le coût des circuits imprimés.

Au contraire, la réduction de l'épaisseur peut permettre au produit fini de devenir :

• Plus petit
• Allume-cigare
• Plus facile à intégrer
• Plus souple sur le plan mécanique

Dans ces cas-là, le circuit imprimé peut justifier le recours à un procédé de fabrication plus spécialisé.

Comment l'épaisseur des circuits imprimés influe sur le coût

L'augmentation de l'épaisseur des circuits imprimés peut également entraîner une hausse des coûts de fabrication, même si cette relation n'est pas linéaire.

Une planche plus épaisse peut nécessiter :

• Matériau diélectrique supplémentaire
• Choix de différents noyaux
• Encore plus de préimprégnés
• Conditions particulières de plastification
• Forage plus long
• Traitement mécanique modifié

Par exemple, une carte de 2,0 mm n'est pas forcément 25 % plus chère qu'une carte de 1,6 mm.

Le prix final dépend de l'ensemble des travaux.

C'est un point important à prendre en compte lors de l'évaluation des devis de circuits imprimés.

Coût des circuits imprimés épais et du perçage

L'épaisseur de la planche peut avoir une incidence sur le perçage, car le foret doit traverser une plus grande quantité de matériau.

Cela prend d'autant plus d'importance lorsque la carte contient également :

• Forets de petit diamètre
• Trous à rapport d'aspect élevé
• Un grand nombre de vias
• Perçage en retrait
• Cuivre épais
• Structures multicouches complexes

La relation entre l'épaisseur et le perçage revêt une importance particulière pour les cartes à un grand nombre de couches.

Pour une analyse plus complète de la tarification des prototypes, voir Combien coûte la fabrication d'un prototype de circuit imprimé ?.

Le même principe s'applique à la production : les spécifications de perçage doivent être évaluées en tenant compte de l'épaisseur du panneau, plutôt que comme un poste de coût isolé.

Épaisseur et rapport d'aspect des circuits imprimés

La relation entre le diamètre du trou et l'épaisseur de la plaque est importante.

Voici une définition simplifiée du concept de rapport d'aspect :

Aspect Ratio = PCB Thickness ÷ Finished Hole Diameter

Par exemple, un circuit imprimé de 2,0 mm d'épaisseur comportant un trou fini de 0,2 mm présente un rapport d'aspect bien plus exigeant qu'un circuit imprimé de 1,0 mm d'épaisseur avec un trou de même diamètre.

Des rapports d'aspect plus élevés peuvent accroître la difficulté de fabrication.

Par conséquent, si une conception utilise un circuit imprimé épais, le concepteur doit vérifier les trous les plus petits avant de fixer définitivement l'épaisseur.

Une légère augmentation du diamètre des trous peut parfois simplifier la fabrication plus efficacement que de modifier l'ensemble de la structure de la carte.

Épaisseur des circuits imprimés et empilement multicouche

L'épaisseur prend de plus en plus d'importance à mesure que le nombre de couches augmente.

Un circuit imprimé multicouche nécessite une combinaison appropriée des éléments suivants :

• Noyau
• Préimprégné
• Feuille de cuivre
• Espacement entre les couches

L'épaisseur finale doit être compatible avec les caractéristiques électriques requises.

Par exemple, un circuit imprimé multicouche à haute vitesse peut nécessiter des épaisseurs diélectriques spécifiques pour atteindre l'impédance souhaitée.

Dans ce cas, le fait d'imposer à l'ensemble de l'empilement une épaisseur finale arbitraire peut compliquer la conception.

L'assemblage doit plutôt être conçu en fonction des exigences électriques, puis vérifié par rapport aux spécifications mécaniques.

Épaisseur des circuits imprimés et impédance contrôlée

L'épaisseur du circuit imprimé peut influer sur l'impédance contrôlée, car la géométrie du diélectrique entre en compte dans le calcul de l'impédance.

Dans le cas d'une structure à microbandes ou à lignes à ruban, l'impédance dépend notamment des facteurs suivants :

• Largeur de la piste
• Épaisseur de la trace
• Épaisseur diélectrique
• Constante diélectrique
• Distance par rapport au plan de référence

La modification de l'épaisseur du circuit imprimé n'entraîne pas automatiquement une modification de l'impédance, mais la modification de la structure diélectrique interne en entraîne souvent une.

Pour les conceptions à haute vitesse, la bonne approche consiste à définir d'abord l'impédance requise, puis à élaborer l'empilement en fonction de cette exigence.

Tenter de réduire les coûts en modifiant arbitrairement l'épaisseur du circuit imprimé peut donc entraîner un surcroît de travail en matière de conception de l'impédance.

L'épaisseur du circuit imprimé et la masse de cuivre sont étroitement liées

L'épaisseur du circuit imprimé et le grammage du cuivre ne doivent pas être évalués séparément.

Par exemple, un circuit imprimé peut utiliser :

• Épaisseur finale de 1,6 mm
• 2 oz de cuivre extérieur
• 1 oz de cuivre à l'intérieur

Une autre conception pourrait utiliser :

• Épaisseur finale de 2,0 mm
• 1 once de cuivre sur l'ensemble

Même si la deuxième carte est physiquement plus épaisse, elle n'est pas forcément plus chère.

C'est l'ensemble des matériaux et du processus de fabrication qui détermine le prix.

C'est pourquoi Comment le poids du cuivre influe sur le coût et la fabrication des circuits imprimés doivent être pris en compte conjointement avec les exigences relatives à l'épaisseur du circuit imprimé lors de l'optimisation des spécifications d'un circuit imprimé.

Épaisseur et finition de surface des circuits imprimés

La finition de surface a généralement moins d'incidence directe sur l'épaisseur de la planche que les matériaux ou le perçage.

Toutefois, ces deux spécifications peuvent coexister dans des conceptions plus complexes.

Par exemple :

• Circuit imprimé de 2,0 mm
• 2 oz de cuivre
• ENIG
• SMT à pas fin
• impédance contrôlée

aura généralement un coût de fabrication différent de celui de :

• Circuit imprimé de 1,6 mm
• 1 once de cuivre
• HASL
• SMT standard

Le devis définitif tient compte de l'ensemble des spécifications.

C'est pourquoi le fait de comparer un seul élément de coût sans tenir compte du reste de la conception du circuit imprimé peut conduire à une conclusion erronée.

L'épaisseur du circuit imprimé a-t-elle une incidence sur la panélisation des circuits imprimés ?

Oui, indirectement.

La panelisation concerne principalement la disposition des panneaux, le tracé des circuits, l'utilisation des matériaux, les rails d'outillage et l'efficacité de la fabrication.

Cependant, les circuits imprimés plus épais ou plus fins peuvent présenter des exigences différentes en matière de manipulation mécanique.

Par exemple, les cartes très fines peuvent nécessiter un soutien supplémentaire pendant la fabrication et l'assemblage.

Lors de l'évaluation de l'utilisation des panneaux, il convient donc de prendre en compte les caractéristiques mécaniques des cartes ainsi que le nombre de cartes par panneau.

See Comment la panélisation des circuits imprimés influe sur le coût de fabrication de ces derniers pour la relation entre la conception du panneau et le coût du circuit imprimé.

Épaisseur standard ou épaisseur sur mesure

L'un des moyens les plus simples de maîtriser le coût d'un circuit imprimé consiste à déterminer si une épaisseur sur mesure est réellement nécessaire.

Une épaisseur standard peut offrir :

• Autres ressources disponibles
• Plus d'options d'empilement
• Paramètres de fabrication courants
• Une meilleure efficacité de production
• Comparaison plus simple des devis

Une épaisseur sur mesure peut tout de même s'avérer appropriée lorsque le produit l'exige.

Le problème ne vient pas de l'utilisation d'une épaisseur personnalisée.

Le problème, c'est d'en définir une sans justification technique claire.

Comment choisir l'épaisseur d'un circuit imprimé sans augmenter inutilement les coûts

Étape 1 : Déterminer les exigences mécaniques

Commencez par examiner le boîtier du produit et son mode d'installation.

Réfléchissez à ceci :

• Espace disponible
• Position du connecteur
• Méthode de montage
• Fixation par vis
• Portée de la planche
• Vibrations mécaniques
• Force d'insertion

Si le circuit imprimé est soutenu mécaniquement par un boîtier, il n'est peut-être pas nécessaire de l'épaissir uniquement pour des raisons de rigidité.

Étape 2 : Vérifier les caractéristiques électriques

Pour les cartes multicouches, consultez :

• Impédance
• Épaisseur diélectrique
• Intégrité du signal
• Diaphonie
• Distribution d'électricité

Il ne faut pas choisir une planche plus fine ou plus épaisse avant d'avoir bien compris ces exigences.

Étape 3 : Vérification des exigences relatives aux composants et aux assemblages

Demandez-vous si le panneau doit résister à :

• recuisson SMT
• Soudage à la vague
• Insertion par trous traversants
• Insertion du connecteur
• Assemblage mécanique

Les circuits imprimés très fins peuvent nécessiter des précautions supplémentaires lors de leur manipulation pendant l'assemblage.

Étape 4 : Vérifier la structure de forage

Critique :

• Diamètre minimal du trou fini
• Diamètre de la voie
• Format d'image
• Nombre de trous traversants
• Trous mécaniques

Une planche épaisse associée à de très petits trous peut compliquer la fabrication.

Étape 5 : Demander une configuration de couches réalisable

Au lieu de se contenter d'indiquer :

Épaisseur finale : 1,6 mm

fournir au fabricant l'ensemble des spécifications électriques et laisser l'équipe de fabrication vérifier la faisabilité de l'empilement.

Cela s'avère particulièrement utile pour les conceptions multicouches et à haute vitesse.

Étape 6 : Comparer les devis complets

Lorsque vous comparez les prix, vérifiez :

• Épaisseur finale
• Tolérance d'épaisseur
• Nombre de couches
• Poids du cuivre
• Matériau
• Finition de la surface
• Diamètre du foret
• Quantité
• Essais
• Délai de livraison

Un prix inférieur peut simplement s'expliquer par une conception différente du circuit imprimé.

Comment réduire le coût des circuits imprimés grâce à l'optimisation de leur épaisseur

Utilisez une épaisseur standard dans la mesure du possible

Si le produit ne nécessite pas d'épaisseur particulière, une conception courante peut simplifier la fabrication.

N'augmentez pas l'épaisseur du circuit imprimé sans raison mécanique

Une épaisseur supplémentaire peut entraîner une augmentation des besoins en matière de matériaux et de traitement sans pour autant améliorer les performances électriques.

Ne réduisez pas l'épaisseur du circuit imprimé dans le seul but d'économiser de la matière

Les cartes très fines peuvent poser des problèmes d'ordre mécanique et de fabrication.

L'épaisseur adéquate est celle qui répond à l'ensemble des exigences du produit.

Prévoir une tolérance d'épaisseur raisonnable

Si la conception mécanique autorise une tolérance plutôt qu'une exigence d'épaisseur finale extrêmement stricte, le fabricant peut disposer d'un plus grand choix d'options d'empilement.

Cela peut s'avérer particulièrement utile pour les circuits imprimés multicouches.

Vérifier l'épaisseur et les exigences relatives au perçage

Une planche épaisse comportant de très petits trous peut être plus difficile à fabriquer qu'une planche plus fine présentant des trous de même taille.

Si la conception le permet, l'augmentation de la taille minimale des trous peut parfois s'avérer une mesure de maîtrise des coûts plus efficace que la modification de l'épaisseur du circuit imprimé.

Épaisseur du circuit imprimé et coût total de fabrication

L'épaisseur du circuit imprimé doit être considérée comme un élément de la structure globale des coûts :

Matériau

↓

Nombre de couches

↓

Poids du cuivre

↓

Épaisseur finale

↓

Forage

↓

Lamination

↓

Finition de la surface

↓

Panelisation

↓

Essais

↓

Quantité produite

Ces facteurs s'influencent mutuellement.

Par exemple, l'augmentation du nombre de couches peut accroître l'épaisseur du circuit imprimé, mais un nombre de couches plus élevé peut également permettre un tracé plus serré et une meilleure intégrité du signal.

De même, la réduction de l'épaisseur peut permettre d'économiser de la matière, mais rendre le perçage ou la manipulation plus difficiles.

Par conséquent, l'optimisation des coûts des circuits imprimés devrait porter sur l'ensemble de la chaîne de fabrication plutôt que sur une seule spécification.

Comment comparer des devis de circuits imprimés présentant différentes épaisseurs de carte

Lorsque deux devis présentent des prix différents, vérifiez d'abord si l'épaisseur finale est identique.

Par exemple :

Spécifications	Citation A	Citation B
Nombre de couches	4L	4L
Épaisseur finale	1,0 mm	1,6 mm
Cuivre	1 oz	1 oz
Matériau	FR-4	FR-4
Finition de la surface	ENIG	ENIG
Quantité	500 pièces	500 pièces
Dimensions de la planche	Idem	Idem

Ces spécifications de circuits imprimés ne sont pas identiques.

La différence de prix peut s'expliquer en partie par la conception différente de la planche.

C'est pourquoi, pour comparer correctement les devis, il convient de normaliser les spécifications techniques avant d'évaluer la différence de prix.

Pour une approche plus globale, voir Pourquoi les devis pour les circuits imprimés varient-ils autant ?.

Liste de contrôle des coûts liés à l'épaisseur des circuits imprimés

Avant de soumettre un circuit imprimé pour obtenir un devis, vérifiez les points suivants :

• L'épaisseur finale du panneau est précisée
• La tolérance d'épaisseur est définie
• Les exigences mécaniques ont été réexaminées
• Les exigences en matière d'empilement sont bien comprises
• Les exigences en matière d'impédance contrôlée sont prises en compte
• Le poids du cuivre est précisé
• La taille minimale du trou est vérifiée
• Le rapport d'aspect du trou est acceptable
• Les exigences en matière de manutention des assemblages sont prises en compte
• L'épaisseur standard a été prise en compte
• Le choix d'une épaisseur sur mesure repose sur une raison technique évidente
• Tous les devis se réfèrent à la même épaisseur

Questions fréquemment posées

Conclusion

L'épaisseur d'un circuit imprimé ne se résume pas à une simple dimension mécanique. Elle influe sur la structure du matériau, l'empilement des couches, le perçage, le laminage, l'impédance, la manipulation et, en fin de compte, le coût de fabrication.

Une épaisseur standard permet souvent de simplifier la production, mais il existe de nombreux cas où l'utilisation d'un panneau plus fin ou plus épais se justifie d'un point de vue technique.

La stratégie la plus efficace en termes de coûts ne consiste donc pas à choisir le circuit imprimé le plus fin ou le plus épais. Il faut plutôt déterminer au préalable les exigences mécaniques et électriques, puis choisir une épaisseur et une structure pratiques pouvant être fabriquées de manière homogène.

Pour les projets complexes de circuits imprimés multicouches et à haute vitesse, TOPFAST peut vérifier l'épaisseur finale ainsi que la structure en couches, la structure en cuivre, les exigences de perçage et les objectifs d'impédance avant la production. Cela permet d'éviter qu'une exigence d'épaisseur nominale n'entraîne des coûts de fabrication inutiles.

Demander une analyse des coûts d'un circuit imprimé

Lorsque vous demandez un devis, précisez l'épaisseur finale, la tolérance d'épaisseur, le nombre de couches, le poids du cuivre, le matériau, le diamètre minimal de perçage, l'état de surface et la quantité. Ces informations permettront au fabricant d'évaluer le coût réel de fabrication.

Comparez les prix des circuits imprimés présentant des caractéristiques techniques équivalentes

Si deux devis de circuits imprimés présentent des prix différents, vérifiez l'épaisseur de la carte et la structure avant de comparer les prix unitaires. Une différence d'épaisseur finale peut traduire une différence dans la conception technique sous-jacente.