Les gens s'attendent à ce que les produits électroniques soient riches en fonctions, mais exigent également qu'ils soient petits et portables, qui pose de nouveaux défis aux concepteurs de circuits imprimés. Pour y parvenir, les concepteurs se tournent vers PCB multicouches, qui offrent un espace accru pour plus de signaux et de circuits électroniques pour permettre une plus grande fonctionnalité. pourtant, réussi Conception de PCB repose sur un examen attentif de l'empilement des PCB. Ce composant critique a un impact direct sur les performances du circuit imprimé, fiabilité, Coût, et fabricabilité. Dans cet article, vous trouverez des conseils sur la conception d'empilement de PCB, y compris les règles, suggestions, et des exemples pour vous aider à mieux compléter votre conception de stackup.
Qu'est-ce que l'empilement de PCB?
L'empilement de PCB fait référence à la disposition des couches de cuivre et d'isolant qui constituent une carte de circuit imprimé. Un empilement de PCB typique consiste en une alternance de couches de cuivre et de matériau isolant, telles que les couches préimprégnées et centrales. Les couches de cuivre contiennent les circuits et servent de voies conductrices pour les signaux électroniques sur la carte.
L'empilement de PCB est un aspect essentiel de la conception de la carte et détermine les propriétés électriques de la carte, y compris l'intégrité du signal, distribution d'énergie, et compatibilité électromagnétique (EMC). Il impacte également les propriétés mécaniques et thermiques de la planche. Le nombre de couches utilisées dans un empilement de PCB peut être flexible et est déterminé par la complexité du circuit et les conditions préalables de conception spécifiques.
Un empilement de PCB à deux couches est le plus simple et le plus courant, mais les conceptions à haute densité peuvent nécessiter quatre couches ou plus pour accueillir les composants et le routage nécessaires. Les concepteurs doivent examiner attentivement l'empilement des PCB pendant le processus de conception pour s'assurer que la carte répond aux exigences électriques et mécaniques nécessaires tout en étant rentable à fabriquer.. Une conception d'empilement appropriée peut aider à minimiser la perte de signal, réduire les interférences électromagnétiques, et fournir un réseau de distribution d'énergie stable, résultant en une carte de circuit imprimé plus fiable et plus performante.
Règles et conseils de conception d'empilement de PCB
Gérer un bon stackup nécessite de suivre des centaines de règles et de critères, mais certains des plus importants sont:
- Les cartes de plan de masse sont l'option préférée car elles permettent le routage du signal dans des configurations microruban ou stripline, résultant en une impédance et des niveaux de bruit au sol inférieurs.
- Pour empêcher le rayonnement des signaux à grande vitesse, il est important de les acheminer sur des couches intermédiaires entre différents niveaux, tout en utilisant des avions au sol comme boucliers.
- Les couches de signal doivent être placées aussi près que possible les unes des autres, même s'ils sont sur des avions adjacents, et toujours à côté d'un avion.
- Avoir plusieurs plans de masse est avantageux car cela réduit l'impédance de masse de la carte et réduit le rayonnement.
- Il est crucial d'avoir un couplage fort entre l'alimentation et les avions au sol.
- Une coupe transversale est conseillée d'un point de vue mécanique pour éviter les déformations.
- Si les niveaux de signal sont proches des niveaux du plan, soit la terre ou l'alimentation, le courant de retour peut traverser le plan adjacent, qui aide à réduire l'inductance du chemin de retour.
- Pour améliorer le bruit et les performances EMI, un moyen réalisable consiste à réduire l'épaisseur de l'isolation entre une couche de signal et son plan voisin.
- Lors du choix des matériaux en fonction de leurs propriétés électriques, mécanique, et propriétés thermiques, il est crucial de considérer l'épaisseur de chaque couche de signal, en tenant compte des épaisseurs standards et des caractéristiques des différents types de matériaux de circuits imprimés.
- Un logiciel de haute qualité doit être utilisé pour concevoir le stackup, sélectionner les matériaux appropriés dans la bibliothèque et effectuer des calculs d'impédance en fonction de leurs dimensions.
Matériau et épaisseur recommandés
Les trois principaux composants d'un empilement de PCB sont le cuivre, isolation, et plan de masse. Et les options de matériaux et l'épaisseur de chacun d'eux jouent un rôle essentiel dans la détermination de ses caractéristiques de performance.
- Couches de cuivre
Il existe plusieurs types de cuivre disponibles, chacun avec sa propre température de fusion unique, conductivité électrique, et taux de dilatation thermique. La sélection du cuivre est généralement basée sur les exigences de conception. Il convient de noter que des couches de cuivre plus épaisses améliorent la robustesse globale de la conception, mais aussi augmenter le coût de la planche.
- Couches d'isolation
FR-4 époxy, verre époxy, et les matériaux revêtus de parylène sont les types de matériaux isolants les plus fréquemment utilisés dans les PCB. Et le choix des matériaux d'isolation appropriés dépend de l'environnement d'application. Pour améliorer le blindage EMI et améliorer la durabilité de la carte, il est conseillé d'utiliser une couche d'isolation aussi épaisse que possible. pourtant, si la couche d'isolant est trop épaisse, cela peut avoir un impact sur la qualité des traces et des vias.
- Couches du plan de masse
Le cuivre et le nickel sont les matériaux de plan de masse les plus largement utilisés. La sélection des matériaux du plan de masse est basée sur les exigences de conception et le type de masque de soudure. L'épaisseur recommandée pour le plan de masse est comprise entre 0.1 mm et 0.25 mm. Bien qu'un plan de masse plus épais offre de meilleures performances, cela entraîne également une augmentation de la taille du conseil d'administration.
Exemples de conception d'empilement de PCB
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4 empilement de PCB de couche
Un empilement de PCB standard à 4 couches comporte généralement une couche centrale épaisse au centre de la carte, entouré de deux couches de préimprégné plus minces, avec les couches de surface utilisées principalement pour les signaux et le montage des composants. Les couches intérieures sont souvent dédiées aux filets électriques et au sol. Les vias traversants sont couramment utilisés pour fournir des connexions entre les couches. Un masque de soudure avec des pastilles exposées est appliqué sur les couches externes pour permettre le montage de composants CMS et traversants.
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6 empilement de PCB de couche
La conception d'un empilement de PCB à 6 couches est comparable à celle d'une conception à 4 couches, mais il a deux couches de signal supplémentaires placées entre les plans, résultant en deux couches enterrées idéales pour les signaux à grande vitesse et deux couches de surface adaptées au routage des signaux à faible vitesse. Placer les couches de signal à proximité de leurs plans adjacents et utiliser un noyau central plus épais pour obtenir l'épaisseur de carte souhaitée (par exemple., 62 MIL) peut grandement améliorer les performances EMI.
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8 empilement de PCB de couche
Pour un empilement de PCB à 8 couches, la conception doit inclure au moins trois plans d'alimentation/de masse pour augmenter la compatibilité électromagnétique (EMC) et minimiser les problèmes liés aux EMI. Les ingénieurs et les concepteurs de circuits imprimés tiennent généralement compte des exigences du circuit lors de la conception de l'agencement d'empilement.
Conclusion
La conception d'empilement de PCB est un aspect crucial pour les ingénieurs en électronique et les concepteurs. Afin de produire de l'électronique de haute qualité, divers facteurs doivent être pris en compte. Sans un empilement de PCB bien conçu, la qualité et les performances du produit final peuvent être grandement compromises. Donc, il est important que les concepteurs sélectionner les matériaux PCB appropriés et construction pour des résultats optimaux. Si vous manquez d'expertise dans la conception d'empilement de PCB, envisagez de travailler avec un spécialiste de la conception de circuits imprimés. L'équipe PCB de Technologie MOKO possède une vaste expérience dans la conception de stack-ups complexes, y compris les empilements multicouches et HDI. Nous pouvons vous aider à concevoir un empilement rentable et manufacturable qui répond à toutes les exigences électriques.
