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 feuilles imprégnées de résine en phase B, est un matériau partiellement polymérisé composé de résine imprégnée en fines couches. Il remplit une double fonction dans la fabrication des circuits imprimés multicouches : il sert d’adhésif pour coller les pistes conductrices internes et assure l’isolation entre les couches. Lors de la stratification, la résine époxy du préimprégné fond, s’étale 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 circuit imprimé : une carte rigide d'épaisseur spécifique, recouverte d'une feuille de cuivre laminée sur ses deux faces. Un circuit imprimé multicouche classique est fabriqué par laminage de couches alternées de matériau de base et de préimprégnés. Les couches de préimprégné, appelées couches d'imprégnation, permettent de lier plusieurs couches de matériau de base entre elles et, malgré leur épaisseur initiale, subissent un léger retrait lors du pressage. Pour une conception à faibles pertes, la fabrication du cuivre traversant par la technique HVLP doit être spécifiée conjointement avec les couches diélectriques, car la rugosité du conducteur influe également sur le modèle de canal.

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 externe d'un circuit imprimé multicouche est constituée du vernis épargne , communément appelé « huile verte », bien qu'il puisse également être jaune ou d'une autre couleur. L'épaisseur du vernis épargne est difficile à déterminer avec précision, car elle est plus importante dans les zones sans cuivre que dans celles qui en contiennent. Cependant, la présence de cuivre reste perceptible au toucher à 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 pour couche externe : Les épaisseurs disponibles pour la couche externe de cuivre sont de 12 µm, 18 µm et 35 µm. Après traitement, on obtient généralement des épaisseurs finales d’environ 44 µm, 50 µm et 67 µm, ce qui correspond approximativement à des masses de cuivre de 1 oz, 1.5 oz et 2 oz respectivement. Veuillez noter que lors de l’utilisation d’un logiciel de calcul d’impédance pour le contrôle, l’épaisseur de cuivre de 0.5 oz pour les couches externes n’est pas prise en charge.

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

Les préimprégnés sont disponibles en différentes épaisseurs initiales, 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, l'épaisseur diminue généralement de 10 à 15 µm (0.5 à 1 mil). Par conséquent, l'épaisseur minimale de la couche diélectrique dans une structure multicouche ne doit pas être inférieure à 3 mil. Une seule couche d'imprégnation peut utiliser jusqu'à trois préimprégnés, dont les épaisseurs ne peuvent être identiques. Au moins un préimprégné est nécessaire, bien que certains fabricants en exigent au minimum deux. Si l'épaisseur du préimprégné est insuffisante, la feuille de cuivre de part et d'autre du noyau peut être gravée, puis remplacée par d'autres préimprégnés, permettant ainsi d'obtenir 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 vernis épargne : L’épaisseur de la couche de vernis épargne au-dessus de la feuille de cuivre, notée C2, est d’environ 8 à 10 µm. L’épaisseur du vernis épargne dans les zones sans cuivre, C1, varie selon l’épaisseur du cuivre en surface : environ 13 à 15 µm pour un cuivre de 45 µm et environ 17 à 18 µm pour un cuivre de 70 µm. Pour les calculs au système SI9000, une valeur de 0.5 oz pour l’épaisseur du vernis épargne est suffisante.

Section transversale du conducteur : Du fait de la gravure, la section transversale des conducteurs n'est pas rectangulaire mais trapézoïdale. Par exemple, dans la couche supérieure, pour une épaisseur de feuille de cuivre de 1 oz, la base supérieure du trapèze est environ 1 mil plus courte que la base inférieure. Ainsi, pour une largeur de ligne nominale W = 5 mils, la largeur supérieure sera d'environ 4 mils et la largeur inférieure de 5 mils. La différence entre les bases supérieure et inférieure est liée à l'épaisseur du cuivre, comme indiqué dans le tableau ci-dessous pour 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 devis, il convient de revoir la sélection du stratifié pour circuits imprimés et l'assemblage BGA à pas fin afin que les exigences en matière de matériaux, de processus et d'inspection 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.