Comment choisir la couche PCB et empiler?

Lorsque nous réalisons une conception d'empilement de PCB, nous suivons principalement ci-dessous deux points importants :

1) Chaque couche de trace PCB doit avoir une couche adjacente comme référence (telle que l'alimentation ou la masse)

2) La couche de masse adjacente et la couche d'alimentation principale doivent conserver une distance minimale pour assurer une capacité de couplage suffisante.

Ici, nous allons principalement introduire l'explication du nombre de couches de PCB à 2 couches à PCB à 8 couches :

1) empiler une carte PCB simple face et une carte PCB double face

Pour une carte PCB à 2 couches, en raison du petit nombre de couches, il n'y a pas de problème dit d'empilement. Lorsque nous envisageons de contrôler le rayonnement EMI, nous devons uniquement nous assurer que la disposition et le câblage sont corrects.

Lors de la conception de circuits imprimés, les gens se sont de plus en plus concentrés sur le problème de compatibilité électromagnétique des cartes de circuits imprimés monocouches et doubles couches. La raison principale est que la zone de la boucle de signal est trop grande, ce qui non seulement produit un fort rayonnement électromagnétique, mais produit également des interférences externes plus sensibles. Donc, si vous souhaitez réduire les problèmes causés par la compatibilité électromagnétique de la disposition de la ligne PCB, le moyen le plus simple de le résoudre est de réduire la zone de boucle du signal clé.

Quels sont les signaux clés ?

Du point de vue de la compatibilité électromagnétique, les signaux clés se réfèrent principalement aux signaux qui génèrent un fort rayonnement et à ceux qui provoquent des interférences évidentes avec l'extérieur.

D'une manière générale, les signaux de rayonnement plus forts sont des signaux périodiques, tels que des signaux d'ordre inférieur d'adresses ou de temps. Et ces signaux qui causent des interférences évidentes à l'extérieur sont ces signaux analogiques de bas niveau.

Par conséquent, les cartes PCB simple et double couche sont souvent utilisées dans les applications analogiques basse fréquence inférieures à 10KZ.

1) Les traces de câbles électriques sur la même couche sont représentées par des traces radiales, et la longueur totale des traces doit être réduite autant que possible.

2) Lors de la disposition du fil de terre et du fil d'alimentation, ils sont adjacents l'un à l'autre. Un fil de terre est disposé à côté du fil de signal clé, et ce fil de terre est aussi proche que possible du fil de signal. Cela peut réduire autant que possible la zone de boucle et réduire le signal de rayonnement aux interférences extérieures.

3) S'il s'agit d'un PCB double couche, nous pouvons disposer un fil de terre aussi près que possible du bas du fil de signal de l'autre côté du PCB, et le fil de terre doit être aussi large que possible. La zone de boucle résultante est égale à l'épaisseur de la carte de circuit imprimé multipliée par la longueur de la ligne de signal.

2) Empilez des cartes PCB à quatre couches

1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG ;

2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND ;

Pour les deux conceptions de PCB empilées à 4 couches ci-dessus, le principal problème est que si la carte PCB est une épaisseur de carte traditionnelle de 1.6 mm (62 mil). Étant donné que la distance entre les couches deviendra très grande, d'une part, ce n'est pas facile. pour contrôler l'impédance, le couplage intercouche et le blindage, et d'autre part, il réduit la capacité entre les cartes PCB, ce qui n'est pas facile à réduire le bruit.

Si l'empilement de cartes PCB à 4 couches adopte la première conception, il est souvent utilisé pour plus de puces sur la carte PCB. Cette conception permet d'obtenir de meilleures performances SI, mais il n'est pas facile de contrôler la compatibilité électromagnétique EMI. Habituellement, nous devons contrôler le câblage et des détails supplémentaires pour réduire le problème.

Avis:

La couche de masse est disposée dans la couche adjacente de la couche de signal avec le signal le plus dense, ce qui est non seulement facile à réduire le rayonnement, mais augmente également la surface de la carte PCB, montrant la règle 20H.

Si la pile de cartes PCB à 4 couches adopte la deuxième conception, elle est généralement utilisée dans les applications où la densité de puces sur la carte PCB est faible et il y a suffisamment de surface autour de la puce (pour placer la couche de cuivre d'alimentation requise).

Les couches externes de la deuxième conception de PCB à 4 couches sont des couches de masse et les 2 couches intermédiaires sont des couches de signal/alimentation. L'alimentation électrique sur la couche de signal est acheminée avec des fils larges, ce qui peut non seulement réduire l'impédance du trajet du courant et du trajet du signal, mais également protéger le rayonnement du signal de la couche interne à travers la couche de masse externe. Du point de vue du contrôle de la compatibilité électromagnétique EMI, il s'agit de la meilleure conception de structure de PCB à 4 couches.

Avis:

Nous devons nous assurer que la distance entre les deux couches intermédiaires de signaux et de couches mixtes de puissance est grande et que la direction de câblage est principalement verticale, afin d'éviter la diaphonie, de contrôler correctement la zone de la carte et d'afficher la règle 20H ;

3) Empilez des cartes PCB à six couches

Pour les conceptions avec une plus grande densité de puces et une fréquence d'horloge plus élevée, nous devrions envisager une conception de carte PCB à 6 couches. L'empilement recommandé est :

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG ;

Cette conception d'empilement peut obtenir un signal plus complet. La couche de signal est adjacente à la couche de masse, et la couche de puissance et la couche de masse sont appariées. L'impédance de chaque couche de trace peut être bien contrôlée et les deux couches de masse peuvent mieux réduire le rayonnement électromagnétique. Et dans le cas d'une alimentation complète et d'une couche de masse, il peut fournir un meilleur chemin de retour pour chaque couche de signal.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND ;

Pour la conception, il ne convient que pour les occasions où la densité de puces n'est pas élevée. Cette conception d'empilement de PCB à 6 couches présente non seulement tous les avantages de la première conception d'empilement, mais aussi parce que les plans de masse des couches supérieure et inférieure sont relativement complets, il peut être utilisé comme un bouclier relativement bon à utiliser .

Avis:

La couche d'alimentation doit être aussi proche que possible de la couche qui n'est pas du côté du composant principal, car la couche inférieure sera plus complète. Par conséquent, les performances EMI sont meilleures que la première solution.

Pour la conception de la carte PCB à six couches, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de masse doit être minimisée pour obtenir un bon couplage de puissance et de masse.

Pour une épaisseur de PCB de 62 mil, bien que l'espacement des couches soit réduit, il n'est pas facile de contrôler la distance entre l'alimentation principale et la couche de masse pour qu'elle soit très petite.

Par rapport à la conception de carte PCB à 6 couches, le deuxième coût de la conception de PCB à 6 couches est considérablement augmenté. Par conséquent, nous choisissons généralement la première conception d'empilement de PCB à 6 couches.

4) Empilez des cartes PCB à huit couches

Pour la conception d'une carte PCB à 8 couches, en raison d'une faible capacité d'absorption électromagnétique et d'une grande impédance d'alimentation, la carte PCB à 8 couches n'est pas une bonne méthode d'empilement.

Le premier de la conception de carte PCB à 8 couches :

1. Surface du composant Signal 1, avec une petite couche de trace

2.Signal 2 interne avec une petite couche de routage, une meilleure couche de routage (direction X)

3. Terrain

4. Couche de routage de ligne de bande de signal 3, meilleure couche de routage (direction Y)

5. Couche de routage Stripline Signal 4

6.Power

7. Signal 5 interne avec une petite couche de routage

8.Signal 6 une petite couche de trace

2. Si la couche de référence est ajoutée à la conception de PCB à 8 couches, elle a de meilleures performances EMI et l'impédance caractéristique de chaque couche de signal peut également être bien contrôlée

1. Surface du composant Signal 1, une petite couche de câblage, une bonne couche de câblage

Formation 2.Ground, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

3. Couche de routage de ligne de bande de signal 2, bonne couche de routage

4. Couche d'alimentation électrique, qui constitue une excellente absorption électromagnétique avec la formation sous-jacente

5.Formation au sol

6. Couche de routage de ligne de bande de signal 3, bonne couche de routage

7.Power ground, avec une plus grande impédance de puissance

8.Signal 4 une petite couche de routage, bonne couche de routage

3. La meilleure méthode d'empilement de PCB à 8 couches est la suivante, car l'utilisation de plusieurs couches comme plan de référence a une très bonne capacité d'absorption géomagnétique.

1. Surface du composant Signal 1, une petite couche de câblage, une bonne couche de câblage

Formation 2.Ground, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

3. Couche de routage de ligne de bande de signal 2, bonne couche de routage

4. Couche d'alimentation électrique, qui constitue une excellente absorption électromagnétique avec la formation sous-jacente

5.Formation au sol

6. Couche de routage de ligne de bande de signal 3, bonne couche de routage

Formation 7.Ground, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

8.Signal 4 une petite couche de routage, bonne couche de routage

Pour savoir comment choisir le nombre de couches de carte de circuit imprimé et le type d'empilement de carte de circuit imprimé, nous devons tenir compte de nombreux facteurs tels que le nombre de réseaux de signaux sur la carte de circuit imprimé, la densité de l'appareil, la densité des broches, la fréquence du signal, la taille de la carte, etc. .

Plus le nombre de réseaux de signaux est élevé, plus la densité d'appareils est élevée, plus la densité de PIN est élevée et plus la fréquence du signal est élevée. La conception doit essayer d'utiliser une conception de carte multicouche. Afin d'obtenir de meilleures performances EMI, il est préférable de s'assurer que chaque couche de signal est une couche de référence.

Comment faire la distinction entre un PCB à 4 couches et un 6 à 6 couches PCB?

Si nous voulons identifier la qualité des PCB dans l'industrie électronique, la première chose à laquelle nous pensons est le nombre de couches d'impression PCB, puisqu'il existe une carte monocouche, une carte double couche et une carte multicouche dans la couche de PCB .

Parmi les PCB multicouches, les plus courants sont les PCB à 4 couches et les PCB à 6 couches. Quelle est la différence entre eux? Parce que le coût de fabrication du PCB est étroitement lié au nombre de couches de PCB, en d'autres termes, le prix d'un PCB à 6 couches est supérieur à celui d'un PCB à 4 couches, alors comment identifier le nombre de couches d'un PCB ? Dans cette section, nous présenterons deux méthodes pour vous guider dans la recherche de leurs différences.

Vérifiez le trou traversant du PCB

S'il y a un trou traversant à l'avant dans le PCB, alors qu'il ne peut pas être trouvé à l'arrière, il est probable que le PCB soit un PCB à 6 couches ou un PCB à 8 couches au lieu d'un PCB à 4 couches. Étant donné que le circuit imprimé à 4 couches a besoin de trous traversants pour conduire le courant à 4 couches, les trous traversants traverseront l'ensemble du circuit imprimé. Nous pouvons trouver les trous à l'avant et à l'arrière, alors qu'il y a des trous intégrés dans le PCB à 6 couches ou le PCB à 8 couches, de sorte que vous ne pouvez trouver les trous traversants qu'à l'avant et non à l'arrière.

Vérifiez les fils à l'avant

Étant donné que le nombre de couches de PCB à 6 couches est supérieur à 4 couches, l'espace de câblage du PCB à 6 couches est plus grand. En d'autres termes, le câblage du PCB à 4 couches est plus compact, donc les fils du PCB à 4 couches sont plus de 6 couches pour chaque couche de PCB. nous pouvons vérifier le câblage à l'avant du PCB. Si le câblage est compact, c'est le PCB à 4 couches, sinon c'est le PCB à 6 couches.

Ce qui précède est deux méthodes simples pour identifier les PCB à 4 couches et les PCB à 6 couches à l'œil nu. Si vous avez besoin d'explorer davantage, il existe de nombreuses autres méthodes.

Facteurs influant sur le coût des PCB

Le coût final de votre PCB dépend de la conception et de l'application prévue de la carte. En d'autres termes, si vous avez besoin d'un simple PCB pour un usage quotidien, le prix sera bien inférieur à celui de quelque chose de plus avancé.

Par conséquent, il ne s'agit que d'une évaluation générale des éléments qui déterminent les coûts des BPC. Plusieurs éléments du monde réel influencent le coût d'une carte de circuit imprimé (PCB), y compris Coûts des PCB à 4 couches. Le coût de fabrication d'un PCB est largement influencé par sa taille, plusieurs couches et le type de matériau, qui ont un effet significatif.

Ainsi, les facteurs influençant les 4 couches ou Coûts des PCB à 6 couches sont les suivants:

• Choix des matériaux

Dans toute entreprise, le coût d'un produit est directement lié au type de matériel de production utilisé. En ce qui concerne l'intérieur d'un véhicule, les sièges en cuir sont plus chers que ceux en tissu ou en tissu. En conséquence, il est facile de voir comment la même idée pourrait s'appliquer à la production de PCB. Les PCB destinés aux applications à haute intensité, telles que celles utilisées dans les secteurs pétrolier ou aéronautique, sont souvent laminés avec un matériau FR4 (ignifuge 4). Voici quelques éléments à garder à l'esprit lorsque vous commencez le processus de sélection des bons matériaux :

• Fiabilité thermique

Déterminez la plage de température attendue de l'application PCB. Assurez-vous que la température nominale du matériau que vous choisissez se situe dans la plage autorisée. Le matériel doit non seulement fonctionner dans une plage de température spécifiée mais aussi le faire dans un environnement régulé sans surchauffer pendant une durée indéterminée. Fiabilité de la température si vous souhaitez utiliser un PCB dans un environnement à haute température, assurez-vous qu'il réussit ce test.

• Tolérance de température

Cela spécifie la capacité de la carte à supporter des températures élevées sans provoquer de transfert de chaleur excessif vers les composants connectés ou à proximité. Le terme « performance du signal » fait référence à la capacité d'un matériau à maintenir un flux constant de signaux électriques pendant tout son cycle de travail. Comme vous l'avez peut-être deviné, cela est essentiel au bon fonctionnement d'un PCB. La capacité du matériau à supporter les contraintes physiques anticipées de son utilisation applicative est la principale considération dans la détermination de ses propriétés mécaniques.

• Dimensions

Malheureusement, la taille compte, en particulier lorsqu'il s'agit du coût d'un produit. Le coût final du PCB sera influencé par la taille de la carte dont vous avez besoin. En ce qui concerne l'utilisation du panneau, cela est également vrai. Le coût total d'un PCB est fortement influencé par ces deux critères.

Remarque : La taille de votre carte de circuit imprimé sera déterminée par le nombre de circuits dont vous avez besoin pour votre application ou conception spécifique.

• Couches ou piles

Plus il y a de couches, comme dit précédemment, plus cela devient cher. Ces augmentations de prix tiennent également compte de la taille et du type de matériaux utilisés par le fabricant dans son processus de fabrication.

Une comparaison générale des hausses de prix est présentée dans le tableau suivant :

• Couches 1 et 2 : (35 % à 40 % d'augmentation des coûts)
• Augmentation du nombre de couches de deux à quatre (35 % à 40 % d'augmentation des coûts)
• De quatre à six couches : (30 % à 40 % d'augmentation des coûts)
• De six à huit couches : (30 % à 35 % d'augmentation des coûts)
• De 8 couches à 10 couches : (20 % à 30 % d'augmentation des coûts)
• Passage d'une construction à 10 couches à une construction à 12 couches (20 à 30 % d'augmentation des coûts)

Il ajoute une deuxième couche qui se traduit par l'une des plus fortes augmentations de prix dans le processus de production. Comme cela augmente le nombre d'étapes dans le processus de fabrication, il est évident que c'est le cas (processus de laminage).

Plus il y a de couches, plus le processus de fabrication prendra du temps et plus il utilisera de ressources. Alors, Coût du circuit imprimé à 6 couches et le temps de fabrication sera plus élevé que les couches inférieures.

• Finition

Le coût de la conception de votre PCB sera affecté par la finition que vous choisissez. Aussi minime soit-il, il n'en est pas moins un élément contributif. Vous pouvez choisir une finition plutôt qu'une autre car elle est de meilleure qualité ou a une durée de conservation plus longue.

Voici quelques-uns des types de finition les plus courants (traitements de surface) :

• HASL est un bon choix comme matériau de soudure
• Vous pouvez également avoir une soudabilité améliorée avec LFHASL.
• OSP offre une meilleure soudabilité
• Le soudage des fils d'Al (aluminium) et une plus grande soudabilité peuvent être obtenus en utilisant IMM Ag.
• IMM Sn offre une soudabilité.
• La soudabilité, la capacité de soudage par fil Al et une surface de contact sont toutes des caractéristiques d'ENIG
• ENEPIG a une surface de contact supérieure, une liaison par fil Al et une soudabilité

En termes de soudabilité et de surface de contact, Elec Au est un choix supérieur au soudage par fil Al et Au (or).

• Dimensions des trous sur la carte

La taille et la quantité des trous de la carte affecteront le coût de fabrication final. Pour créer des trous aussi petits que possible, vous aurez besoin d'un équipement spécialisé. Comme dit précédemment, plus vous avez besoin de trous, plus il faut d'étapes et de temps de fabrication ; par conséquent, plus le coût du projet est élevé. La conception de la carte est l'élément le plus important lorsqu'il s'agit de ce problème.

• Largeur et espacement des traces

Cela inclut la largeur de trace minimale et l'espacement entre chaque trace. Si vous demandez à n'importe quel ingénieur, il vous dira qu'il est essentiel d'avoir une largeur de trace suffisante si vous voulez transporter du courant sur un PCB sans l'endommager ni le surchauffer.

La première étape pour déterminer la largeur d'une trace consiste à s'assurer que la conception est correcte (simulation). La largeur de piste et la capacité de transport de courant sont inversement proportionnelles à la taille de la carte. Des traces plus larges (plus épaisses) nécessiteront plus de matériaux et de main-d'œuvre, même si d'autres raisons limitent la capacité de charge existante. Cette chose augmentera le prix.

En bref, il existe une association directe entre l'épaisseur du panneau et le prix. Il y a une différence de prix entre les planches plus épaisses et plus minces, mais cela dépend aussi de la qualité du matériau. Il s'agit d'obtenir, de laminer et de former un PCB à partir de matériaux plus épais. Même si le design que vous recherchez est plutôt simple, cela est particulièrement vrai.

• spécifications

Des coûts supplémentaires sont inévitables pour des conceptions plus complexes ou des exigences sur mesure ou uniques. En raison des efforts supplémentaires, des ressources et même de l'équipement spécialisé requis dans le processus de fabrication, ces exigences de conception sont plus coûteuses à produire. Cependant, l'utilisation de la simulation peut offrir une bien meilleure compréhension du coût de votre carte et des besoins de conception associés avant de faire des choix de conception définitifs.

Mot de la fin

Les coûts de production sont affectés par le nombre de couches. De nombreuses considérations, y compris la complexité de la conception, l'attention portée aux préoccupations SI et plus encore, sont prises en compte lors de la détermination du nombre de couches.

En général, la Coût du circuit imprimé à 4 couches est supérieur à la Coût du circuit imprimé à 6 couches,Cliquez ici pour en savoir plus 2 couches contre. Coût du circuit imprimé à 4 couches. Mais d'autres éléments tels que le matériau, la finition, la largeur de trace, etc., affectent également les estimations de coûts. Les fabricants de PCB et les concepteurs travaillent souvent ensemble pour déterminer le nombre de couches dont votre conception a besoin.