Qu'est-ce que le PCB multicouche : fabrication et conception

Contrairement aux PCB monocouches ou doubles couches, les PCB multicouches sont constitués de trois ou jusqu'à 60 couches de cuivre, séparées par des matériaux isolants et laminées ensemble sous chaleur et pression. Ces couches supplémentaires permettent des conceptions de circuits plus complexes et plus denses, pouvant accueillir un plus grand nombre de composants sur une carte plus petite. Cette capacité est cruciale dans l’électronique moderne, où les appareils deviennent de plus en plus compacts et pourtant plus puissants. L'évolution des PCB multicouches a été motivée par la demande de produits électroniques plus efficaces, fiables et miniaturisés.

Constructions multicouches courantes

• 4 à 6 couches – complexité faible à modérée
• 8 à 10 couches – cartes numériques plus complexes
• 12 à 16 couches – RF avancé et traitement des données
• Plus de 20 couches – interconnexions extrêmement denses
• Plus de 60 couches – technologie HDI de pointe

Processus de fabrication de PCB multicouches

1. Formation de la couche interne

Un motif photolithographique est appliqué aux stratifiés cuivrés pour définir les traces du circuit, suivi d'une gravure du cuivre indésirable, de l'ajout de cibles d'enregistrement de couche et de trous d'outillage, d'un test électrique des traces et d'une préparation de surface pour la stratification.

2. Stratification de couche

Plusieurs couches sont liées à l'aide de presses à plastifier des feuilles, avec un agencement empilé de noyaux, de préimprégnés, de cuivre et de diélectriques, durcis sous température et pression pour former un stratifié solide.

3. Percer des trous

Le perçage de haute précision crée des outils et des trous traversants avec un enregistrement précis pour chaque couche.

4. Placage de trous

Le placage de cuivre autocatalytique suivi d'un placage de cuivre électrolytique accumule du cuivre sur les couches internes et les trous percés.

5. Traitement de la couche externe

Application d' un masque de soudure photosensible liquide , impression des marquages ​​d'identification, structuration et gravure des circuits de la couche externe, et routage du panneau en circuits imprimés individuels.

6. Tests et assurance qualité

Comprend une inspection optique automatisée, des tests de connectivité nette, des tests d'impédance, de haute tension et fonctionnels, ainsi qu'un contrôle de qualité dimensionnel.

Considérations sur la conception de PCB multicouches

Nombre de couches:

Décider du nombre de couches est la première étape de la conception de PCB multicouches. Le nombre de couches, qui peut aller de quatre à dix couches ou plus, dépend de la complexité de la conception, du nombre de composants et des exigences de performances électriques.

Placement des composants

À l'aide d'un logiciel de configuration de circuits imprimés, les concepteurs organisent les composants et définissent les connexions électriques. L'agencement doit optimiser le routage du signal, minimiser les interférences et assurer la dissipation de la chaleur.

Acheminement des signaux

Le routage électrique implique de spécifier la largeur, l'espacement et l'affectation des couches des connexions, en se concentrant sur l'intégrité du signal, en réduisant la diaphonie et en empêchant la réflexion du signal.

Considérations sur l'empilement de couches :

Les couches doivent être empilées avec des nombres pairs de préférence, et toutes les couches de signaux doivent être aussi proches que possible du plan de masse. La direction du câblage sur la même couche de signal doit être cohérente. Le choix du nombre de couches dépend également du type de signal qu'elles doivent transmettre, classé comme haute fréquence, basse fréquence, masse ou puissance.

Disposition des composants et de l'interface :

Idéalement, les composants devraient être placés d’un côté et la position et l’orientation des composants d’interface devraient être raisonnablement disposées. Il est préférable de placer les composants avec des connexions électriques étroites ensemble.

Génération de fichiers Gerber :

Une fois le routage électrique défini, des fichiers Gerber sont générés, contenant des informations sur l'empilement des couches, les connexions électriques, le placement des composants et d'autres informations de conception.

Fabrication:

Le fabricant utilise les fichiers Gerber pour créer des photomasques, qui sont ensuite utilisés pour créer des couches de PCB individuelles. Ces couches sont laminées pour former le PCB multicouche final.

Considérations sur l'intégrité du signal des PCB multicouches

Empilement des couches : il est crucial de planifier correctement l’empilement des couches. Les couches de signal et de terre doivent être étroitement couplées pour minimiser l'impédance et la réflexion du signal.

Routage des traces : les traces doivent être acheminées pour éviter la diaphonie et les interférences électromagnétiques (EMI). Garder les chemins de signal courts et directs améliore l’intégrité du signal.

Contrôle d'impédance : Le maintien d'une impédance constante sur l'ensemble du circuit imprimé empêche la distorsion et les réflexions du signal.

Condensateurs de découplage : ils sont essentiels pour gérer l'intégrité de l'alimentation et minimiser le bruit sur les plans électriques.

Conception des vias : la conception et l'emplacement des vias ont un impact sur les chemins de signal et doivent être optimisés pour maintenir l'intégrité du signal.

Considérations de coût des PCB multicouches

Complexité et nombre de couches : L'augmentation du nombre de couches et la complexité de la conception augmentent le coût de fabrication.

Matériaux utilisés : Des matériaux de haute qualité ou spécialisés peuvent augmenter le coût global.

Techniques de fabrication : Les techniques de fabrication avancées pour les conceptions complexes peuvent également augmenter le coût.

Taille du PCB : Les PCB plus gros nécessitent plus de matériaux et de traitement, ce qui augmente le coût.

Quantité : Des séries de production plus importantes peuvent réduire le coût par unité en raison des économies d’échelle.