Aperçu approfondi de la construction de PCB stratifiés

Les PCB constituent l’épine dorsale de l’électronique moderne, fournissant une plate-forme permettant à divers composants de se connecter et de fonctionner de manière transparente. Au cœur de chaque PCB se trouve une structure complexe de couches interconnectées, chacune servant un objectif spécifique pour garantir la fonctionnalité et la fiabilité de la carte. Parmi les éléments clés d'une construction stratifiée de PCB, les diagrammes d'empilement jouent un rôle central dans la définition de la construction de la carte. et propriétés électriques. Comprendre la construction de ces stratifiés de PCB est essentiel pour les concepteurs et les fabricants de PCB afin de créer des circuits imprimés efficaces et de haute qualité.

L'essence d'un circuit imprimé (PCB) réside dans sa structure complexe qui implique plusieurs couches interconnectées par des préimprégnés et des matériaux de base.

Le préimprégné, souvent appelé feuille imprégnée de résine en phase B, est un matériau partiellement polymérisé composé de résine imprégnée en films minces. Il remplit une double fonction dans les structures multicouches. Fabrication de PCBIl sert d'adhésif pour lier les pistes conductrices internes et assure l'isolation entre les couches. Lors de la stratification, la résine époxy du préimprégné fond, s'écoule et se solidifie, fusionnant ainsi efficacement les couches du circuit tout en formant une barrière isolante fiable entre elles.

Le matériau de base, quant à lui, constitue l'élément fondamental d'un PCB : une carte rigide avec une épaisseur spécifique et une feuille de cuivre laminée des deux côtés. Un PCB multicouche typique est fabriqué par stratification de couches alternées de noyau et de préimprégnés. Les couches préimprégnées, qui forment ce que nous appelons des couches de « mouillage » ou d'imprégnation, peuvent lier plusieurs couches centrales ensemble et, malgré leur épaisseur initiale, elles subissent un certain retrait pendant le processus de pressage.

En règle générale, les deux couches diélectriques les plus externes d'un PCB multicouche sont des couches d'imprégnation, recouvertes de couches de feuille de cuivre séparées servant de plans conducteurs externes. Les spécifications d'épaisseur brute pour les feuilles de cuivre extérieures et intérieures sont généralement disponibles en variétés de 0.5 OZ, 1 OZ et 2 OZ (1 OZ étant environ 35 um ou 1.4 mil). Après le traitement, l'épaisseur de la couche externe de feuille de cuivre augmente généralement de près de 1 OZ, tandis que l'épaisseur finale de la feuille de cuivre interne reste proche de la valeur d'origine mais peut diminuer légèrement en raison de la gravure.

La couche la plus externe d'un circuit imprimé multicouche est constituée de masque de soudureCe vernis épargne, communément appelé « huile verte », peut également être jaune ou d'autres couleurs. Son épaisseur est difficile à déterminer avec précision, car elle est plus importante dans les zones sans cuivre que dans celles qui en contiennent. Cependant, la saillie du cuivre reste perceptible au toucher sur la surface du circuit imprimé.

Paramètres et matériaux du PCB

Il existe des différences dans les paramètres des PCB entre les différents fabricants, ce qui nécessite une communication avec les ingénieurs des usines de PCB pour obtenir leurs données spécifiques, en se concentrant principalement sur la constante diélectrique et l'épaisseur du masque de soudure, qui peuvent varier d'un fabricant à l'autre.

Feuille de cuivre de couche externe Les épaisseurs de feuille de cuivre de couche externe disponibles incluent 12 um, 18 um et 35 um. Après traitement, ceux-ci donnent généralement des épaisseurs finales d'environ 44 um, 50 um et 67 um, soit à peu près l'équivalent de 1 OZ, 1.5 OZ et 2 OZ de poids de cuivre respectivement. Notez que lorsque vous utilisez un logiciel de calcul d'impédance pour le contrôle, il n'existe aucune option pour une épaisseur de cuivre de 0.5 OZ pour les couches externes.

Matériau de base Le matériau de base couramment utilisé est le S1141A, qui est un matériau FR-4 standard, recouvert de cuivre double face, avec des spécifications sélectionnables qui peuvent être confirmées directement auprès du fabricant.

Prepreg Les préimprégnés sont disponibles dans diverses spécifications d'épaisseur d'origine telles que 7628 (0.185 mm/7.4 mil), 2116 (0.105 mm/4.2 mil), 1080 (0.075 mm/3 mil) et 3313 (0.095 mm/4 mil). Lors de la compression réelle, l'épaisseur diminue généralement d'environ 10 à 15 um (0.5 à 1 mil), par conséquent l'épaisseur minimale de la couche diélectrique dans une conception à empilement ne doit pas être inférieure à 3 mil. Une seule couche d'imprégnation peut utiliser jusqu'à trois préimprégnés, aucun des trois ne pouvant avoir des épaisseurs identiques ; au moins un préimprégné peut être utilisé, bien que certains fabricants en exigent un minimum de deux. Si l'épaisseur du préimprégné est insuffisante, la feuille de cuivre des deux côtés du noyau peut être enlevée par gravure puis rattachée avec des préimprégnés, obtenant ainsi une couche d'imprégnation plus épaisse. La constante diélectrique des préimprégnés varie en fonction de leur épaisseur, et le tableau suivant répertorie les épaisseurs des différents modèles et leurs constantes diélectriques correspondantes :

La constante diélectrique d'un panneau stratifié dépend du matériau de résine utilisé ; Les cartes FR4 présentent généralement une plage de constantes diélectriques de 4.2 à 4.7, qui diminue avec l'augmentation de la fréquence.

Couche de masque de soldat L'épaisseur de la couche de masque de soudure au-dessus de la feuille de cuivre, notée C2, est d'environ 8 à 10 um. L'épaisseur du masque de soudure dans les zones sans cuivre, C1, varie en fonction de l'épaisseur de la surface du cuivre, étant d'environ 13 à 15 um pour un cuivre de 45 um d'épaisseur et d'environ 17 à 18 um pour un cuivre de 70 um d'épaisseur. Lors du calcul avec SI9000, une valeur d'épaisseur de masque de soudure de 0.5 OZ suffit.

Section transversale du conducteur En raison de la gravure, la section des conducteurs n’est pas rectangulaire mais plutôt trapézoïdale. Par exemple, dans la couche TOP, lorsque l'épaisseur de la feuille de cuivre est de 1 OZ, la base supérieure du trapèze est environ 1 MIL plus courte que la base inférieure. Ainsi, si la largeur de ligne conçue est W=5MIL, la largeur supérieure serait d'environ 4MIL et la largeur inférieure de 5MIL. La différence entre les bases supérieure et inférieure est liée à l'épaisseur du cuivre, comme indiqué dans le tableau ci-dessous dans différentes conditions :

Calculs d'impédance Les calculs d'impédance typiques utilisent les modèles suivants :

• Modèle de ligne microruban
• Modèle de ligne

Dans le modèle microruban, d'autres configurations existent, dont un modèle inutilisé sans revêtement. Les constantes diélectriques Er1 et Er2 dans le modèle illustré dépendent du modèle de préimprégné spécifique utilisé ; Les modèles clés sont répertoriés précédemment et les paramètres détaillés doivent être obtenus directement auprès du fabricant de PCB.

Lorsque le projet passe de la phase de recherche à une demande de prix, examiner sélection de stratifiés pour circuits imprimés et assemblage BGA à pas fin afin que les exigences relatives aux matériaux, aux procédés et aux contrôles restent cohérentes.

De manière générale, la compréhension de la structure complexe et des matériaux d'un circuit imprimé (PCB) est essentielle à la conception et à la fabrication de dispositifs électroniques de haute qualité. Les matériaux préimprégnés et les matériaux du noyau jouent un rôle primordial dans la liaison des couches et l'isolation, tandis que les feuilles de cuivre et les vernis épargne contribuent à la conductivité et à la protection du PCB.

Les différences dans les paramètres et les matériaux des PCB entre les fabricants soulignent l'importance de la communication et de l'obtention de données spécifiques pour chaque projet. Les diagrammes d'empilement sont des outils précieux, fournissant un schéma de la construction et des propriétés électriques du PCB.

En comprenant les éléments clés des diagrammes d'empilement, les concepteurs peuvent garantir l'intégrité et la fiabilité de leurs conceptions de circuits imprimés, conduisant finalement à des dispositifs électroniques plus performants et plus robustes.