Lorsque vous devez choisir un circuit imprimé, vous avez de nombreuses options. Des cartes rigides de base aux cartes flexibles sophistiquées, des cartes monocouches simples aux cartes multicouches complexes. Savez-vous comment choisir la meilleure ? Quel que soit le type de PCB que vous choisissez, ils sont constitués d'un nombre différent de couches de PCB, et chaque couche de PCB a sa fonction spécifique. Vous trouverez un guide complet sur les couches de circuits imprimés dans ce blog. Explorons ensemble le rôle de chaque couche de PCB.
Que sont les couches PCB ?
Les couches de PCB font référence aux couches conductrices et aux couches isolantes qui composent le PCB. Ces couches comprennent généralement une couche de cuivre conductrice, une couche de substrat isolée, une couche de masque de soudure protectrice et une couche de sérigraphie d'étiquetage, entre autres. Les PCB multicouches permettent de réaliser des circuits beaucoup plus complexes simplement en intercalant ces couches de circuit imprimé. L'augmentation du nombre de couches permet au PCB de fournir des connexions électriques plus complexes et des fonctions plus élevées. Il peut accueillir plus de composants dans une taille plus petite, améliorant ainsi la densité et les performances globales du circuit imprimé.
Types d' Couche PCBs
Dans cette section, nous allons expliquer en détail chaque couche de PCB. Vous pourrez ainsi avoir une idée précise de leur fonction.
Couche de substrat
Le substrat central remplit principalement deux rôles : l'isolation électrique et le support mécanique. Il est généralement composé d'un matériau non conducteur, une base sur laquelle les couches conductrices et d'autres composants peuvent être construits. Les matériaux couramment utilisés pour les substrats sont : FR-4, polyimide, un stratifié époxy renforcé de verre, un noyau de médaille, un noyau en céramique, etc. Le FR-4 est largement utilisé dans divers circuits imprimés en raison de ses propriétés mécaniques supérieures, de ses propriétés électriques, de sa stabilité thermique, etc. Le polyimide est souvent utilisé dans les circuits imprimés qui nécessitent une flexion et une résistance aux températures élevées en raison de sa flexibilité et de son excellente stabilité thermique.
Couche de cuivre
La couche conductrice est généralement une fine couche de cuivre laminée sur le substrat pour fournir un canal pour le flux des signaux électriques. Elle est gravée pour éliminer les parties indésirables et former finalement le motif de circuit souhaité. Nous faisons généralement référence au nombre de couches de cuivre lorsque nous discutons du nombre de couches dans un PCB. Les PCB simple face n'ont qu'une couche de cuivre conductrice tandis que les PCB double face ont deux couches de cuivre. L'épaisseur de la couche de cuivre dépend des besoins en puissance et en performances. Des couches de cuivre plus épaisses offrent une meilleure capacité de transport de courant, une résistance plus faible et une meilleure dissipation de la chaleur, mais augmentent également la difficulté de conception et de fabrication de traces à pas fin.
Couche de masque de soudure
Le masque de soudure, souvent vert, est une couche polymère protectrice du PCB qui recouvre la surface du cuivre. Le principal objectif de ce revêtement est de protéger les traces de cuivre de l'oxydation et de la corrosion. Afin d'éviter les courts-circuits entre les traces, il offre également une isolation électrique. Pendant le processus d'assemblage du PCB, ce revêtement permet de localiser avec précision les joints de soudure et de réduire le risque de ponts de soudure, garantissant ainsi que les composants peuvent être installés correctement. Cette couche PCB peut améliorer l'adaptabilité environnementale du circuit imprimé et résister à l'érosion de l'humidité et des polluants, prolongeant ainsi la durée de vie du PCB.
Couche de sérigraphie
La couche sérigraphique est la couche d'identification du texte du circuit imprimé. Elle est généralement imprimée sur la surface du circuit imprimé en blanc, ce qui contraste avec la couche de masque de soudure verte. La fonction principale de cette couche PCB est d'aider les ingénieurs et les techniciens à identifier rapidement l'emplacement, la fonction et la définition des broches de chaque composant de la carte en marquant divers mots, chiffres et symboles, facilitant ainsi l'assemblage, les tests et la maintenance ultérieure du circuit imprimé.
Prepreg
Le préimprégné est un matériau diélectrique semi-durci composé de tissu de fibre de verre imprégné de résine époxy. Dans le processus de fabrication des PCB, le préimprégné est principalement utilisé pour lier les couches (comme la feuille de cuivre et le substrat central) ensemble et fournir l'isolation électrique nécessaire entre elles. Après le traitement thermique et sous pression, le préimprégné sera complètement durci.
Différents types de PCB en fonction du nombre de couches
PCB monocouche
Cette conception ne comporte que des pistes d'un côté, et l'autre côté est utilisé pour installer des composants électroniques. Lors du câblage, il est nécessaire d'éviter le croisement des fils. Si nécessaire, cela peut être résolu par des cavaliers ou Résistances de 0 ohmSes caractéristiques structurelles simples le rendent particulièrement adapté aux produits électroniques simples et de grande taille.
Voici les avantages remarquables :
- Conception et production plus faciles
- Alternative pas chère
- Applicable aux produits de faible complexité
PCB à double couche
Les PCB monocouches présentent encore certaines limites, et vous pouvez désormais choisir des PCB double couche. Les PCB double couche sont recouverts de couches de cuivre conductrices des deux côtés du substrat. Cette structure permet de monter des composants électroniques des deux côtés, ce qui permet d'obtenir une densité de circuit plus élevée et des conceptions plus complexes. Les PCB double couche offrent un bon équilibre entre coût et performances et conviennent aux exigences de produits plus complexes, plus flexibles et plus petits.
Voici les avantages remarquables :
- Haute densité de circuits
- Planche de petite taille et faible poids
- Intégrité du signal et blindage EMI améliorés
Complexe MultilPCB d'autrefois
Les PCB multicouches ont plus de 2 couches de cuivre. Les couches de cuivre sont séparées par des matériaux isolants et pressées ensemble par un processus de pressage à chaud. La conception de la structure multicouche permettra de fournir des configurations de PCB plus complexes dans un espace réduit. Bien que le processus de fabrication de ce PCB avancé soit plus complexe, il est devenu un élément indispensable des produits électroniques haut de gamme d'aujourd'hui.
PCB à quatre couches
Un circuit imprimé à 4 couches contient 4 couches conductrices. Les deux couches de cuivre intérieures sont souvent utilisées comme couches d'alimentation et de masse, et les couches supérieure et inférieure sont utilisées pour le montage des composants et le routage des signaux. La construction multicouche introduit un moyen de connexion électrique entre les couches avec des vias qui améliorent l'intégrité du signal et la dissipation de la chaleur. En fait, pour des exigences de conception spéciales, l'empilement de circuits imprimés à quatre couches peut être modifié de manière flexible.
PCB à six couches
Un PCB à 6 couches ajouterait deux couches de signal supplémentaires par rapport à un PCB à 4 couches. Dans l'empilement de PCB, il y a quatre couches de routage avec deux couches internes affectées à l'une pour le plan de masse et l'autre pour le plan d'alimentation. Cette structure permettrait de gérer efficacement les EMI simplement en répartissant correctement les signaux à haut et à bas débit entre les différentes couches du PCB. Cela peut optimiser l'efficacité du routage et réduire la diaphonie du signal pour les conceptions de circuits complexes.
Voici les avantages remarquables :
- Meilleur blindage EMI et minimisation des problèmes de diaphonie
- Densité de circuit plus élevée et conception plus compacte
- Gestion thermique améliorée
- Réduction du bruit de l'alimentation électrique
Pourquoi les circuits imprimés multicouches sont-ils conçus avec des couches uniformes ?
Vous aurez peut-être une meilleure idée des PCB multicouches après avoir lu l'introduction ci-dessus. Avez-vous remarqué que les PCB que nous présentons sont tous des PCB à couches paires ? Nous vous donnerons ici 3 raisons pour lesquelles la plupart des fabricants de PCB choisissent de concevoir et de produire des PCB multicouches avec une couche de PCB uniforme.
Conception rentable
Les PCB à couches impaires sont moins nombreux en termes de nombre de couches de cuivre et d'isolant, mais le coût total de leur fabrication est bien plus élevé que celui des PCB à couches régulières. Les PCB à couches impaires nécessitent des techniques de collage de noyau de laminage non traditionnelles. La couche extérieure nécessite un traitement supplémentaire qui peut entraîner des rayures et des erreurs de gravure, tandis que la couche intérieure reçoit le même traitement. Pour la plupart des fabricants, les couches impaires sont un processus de fabrication spécial. En raison du processus de production spécifique de ce PCB, il nécessite des ingénieurs professionnels dans son processus de traitement, ce qui entraîne des coûts de main-d'œuvre plus élevés, une faible productivité et un nombre accru de coûts d'essais et d'erreurs.
Structure équilibrée pour une résistance à la déformation
Lors du refroidissement après laminage de circuits imprimés multicouches, le PCB se déforme en raison des tensions différentes des couches. Dans les PCB impairs, il existe deux PCB composites avec des structures différentes qui augmentent le risque de flexion. Le risque peut être évité grâce à un empilement équilibré d'un PCB. Dans certains cas, il se situe dans une spécification acceptable en termes de degré de déformation, mais cela entraînera certainement une inefficacité lors du traitement ultérieur, augmentant ainsi le coût total.
Nous pouvons également comprendre que les PCB à 4 couches sont plus faciles à contrôler en termes de déformation que les PCB à 3 couches, et que la déformation peut être contrôlée en dessous de 0.7 % (norme IPC 600). Dans les processus réels, les concepteurs auront également tendance à concevoir des PCB à numéro impair comme des PCB à numéro pair.
Couches uniformes pour une meilleure résistance aux interférences
Les cartes multicouches sont constituées de feuilles de cuivre et de substrat empilés en alternance. La distance entre chaque couche de feuille de cuivre et le substrat peut être maintenue relativement uniforme et stable. Cela peut minimiser le délai de transmission du signal et les interférences. La conception de couches impaires augmentera la distance entre certaines couches, affectant la transmission du signal. C'est pourquoi une conception de couches paires est couramment utilisée.
Comment déterminer le nombre de Couche PCBs?
Lorsque vous déterminez le nombre de couches du PCB, gardez à l’esprit ces quatre facteurs clés.
- Considération budgétaire : Tout d'abord, tenez compte du budget de votre projet. Les circuits imprimés à une ou deux faces sont moins coûteux à fabriquer. Les circuits imprimés à plusieurs couches, en revanche, coûteront un peu plus cher.
- Exigence de performances : Votre circuit imprimé est-il destiné à un produit sophistiqué ou simple ? S'il s'agit d'une fonction simple, un circuit imprimé monocouche ou bicouche peut être utilisé sans problème. En cas d'exigence de performances plus élevées, les circuits imprimés multicouches constituent une alternative idéale. Le nombre de couches du circuit imprimé peut être déterminé en fonction de la complexité du projet.
- évenementiels Limité: Estimez l'espace disponible pour le PCB. S'il est petit, vous aurez besoin d'un PCB avec un nombre de couches plus élevé qui puisse s'adapter aux composants et aux exigences de routage.
- Délai d'exécution acceptable : Si vous commandez un grand nombre de PCB, le délai de livraison sera-t-il à la hauteur de vos attentes ? Par rapport aux PCB multicouches, les PCB monocouches et doubles couches ont des structures plus simples qui nécessitent des délais de fabrication beaucoup plus courts. Les PCB multicouches nécessitent des temps de production plus longs en raison de leurs structures complexes.
Points clés à retenir
Grâce à une compréhension approfondie de l'objectif spécifique de chaque couche de PCB, vous pouvez facilement maîtriser les structures de PCB complexes. Cela peut vous aider à choisir le PCB parfait en fonction des besoins de votre projet et à obtenir le meilleur équilibre entre les performances du produit et le coût. Veuillez contacter l'équipe d'experts d'UnityPCB si vous avez des questions concernant la couche PCB.
UnityPCB a près de 20 ans d'expérience dans la fabrication de circuits imprimés et nous pouvons vous fournir des circuits imprimés multicouches allant jusqu'à 18 couches. Nous nous engageons à fournir des services de fabrication de circuits imprimés de haute qualité et chaque circuit imprimé sera rigoureusement testé pour garantir une qualité de premier ordre.
