Directives de conception d'un empilage de PCB à 6 couches

Si vous n'avez plus de place sur votre PCB à 4 couches, il est temps de passer à une carte à 6 couches. La couche supplémentaire peut vous donner de l'espace pour des signaux supplémentaires, une paire de plans en plus, ou un mélange de conducteurs. Sur un circuit imprimé à 6 couches, l'utilisation que vous faites de ces couches supplémentaires est moins importante que l'agencement que vous choisissez dans l'empilage de PCB et que le routage que vous effectuez. Si vous n'avez jamais utilisé de carte à 6 couches auparavant ou si vous rencontrez des problèmes d'EMI difficiles à résoudre avec ce type d'empilage, poursuivez votre lecture pour découvrir quelques directives et bonnes pratiques en matière de conception de PCB à 6 couches.

Pourquoi utiliser un PCB à 6 couches ?

Avant de commencer une carte, je pense qu’il est important de s'intéresser aux raisons qui justifient l'utilisation d'un PCB à 6 couches. Ces raisons sont multiples, et ne concernent pas uniquement l'ajout de chemins supplémentaires pour les signaux. La version la plus basique d'un empilage à 6 couches adopte la même approche qu'un empilage SIG/PWR/GND/SIG dans une carte à 4 couches et place simplement le signal sur deux couches supplémentaires au centre de l'empilage. En réalité, la configuration SIG/PWR/SIG/SIG/GND/SIG est le pire empilage de PCB à 6 couches du point de vue de la CEM, et elle n'est probablement appropriée que pour une carte fonctionnant en courant continu.

Voici quelques-unes des raisons qui justifient l'emploi d'une carte à 6 couches plutôt qu'une carte à 4 couches :

1. Vous utilisiez un empilage SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR à 4 couches, et vous avez besoin de plus d'espace sur la couche de surface pour les composants. Le fait de placer les signaux PWR et SIG dans les couches intérieures améliore le découplage avec une paire de plans PWR/GND.
2. Pour les cartes à signaux mixtes, vous pouvez dédier une couche de surface entière aux interfaces analogiques, et il restera une couche interne supplémentaire pour le routage des signaux numériques plus lents.
3. Vous utilisez une carte haut débit qui possède un grand nombre élevé de E/S, et vous recherchez comment séparer efficacement les signaux dans les différentes couches de la carte. Vous pouvez utiliser la stratégie décrite dans le point 1.

Pour toutes ces configurations, vous n'ajoutez qu'une seule couche de signal supplémentaire, pas deux. L'autre couche permet de créer un plan GND, des rails d'alimentation ou un plan d'alimentation complet. C'est votre empilage qui jouera un rôle déterminant au niveau de la CEM, de l'intégrité des signaux dans votre carte, ainsi que de votre stratégie de schéma et de routage.

• Lisez cet article pour obtenir plus de conseils sur les empilages de PCB à 6 couches et leurs caractéristiques CEM

Comment router les signaux sur un PCB à 6 couches ?

Avant de commencer le routage, examinons l'empilage de PCB typique que vous utiliseriez dans un PCB à 6 couches :

Dans cet empilage, les couches supérieures et inférieures sont sur des diélectriques minces. Elles doivent donc être utilisées pour les signaux à impédance contrôlée. Selon la constante diélectrique et pour éviter un routage de microruban avec une largeur de 15 à 20 millièmes de pouce, ne dépassez pas une épaisseur de 10 millièmes de pouce pour le diélectrique. Si vous routez une interface numérique avec des paires différentielles, l'espacement permettra également de réduire la largeur des pistes, et ainsi d'acheminer les signaux vers des composants à pas plus faible. Par exemple, nous avons utilisé une version de l'empilage ci-dessus pour un grand nombre de nos produits de mise en réseau compacts qui prennent en charge plusieurs canaux Ethernet multi-gigabit.

Si vous devez utiliser des largeurs de pistes beaucoup plus petites sur les couches extérieures, il suffit de réduire l'épaisseur des diélectriques extérieurs (jusqu'à 4 ou 5 millièmes de pouces), puis d'augmenter l'épaisseur du diélectrique L3-L4 jusqu'à atteindre l'épaisseur cible de la carte. Le point d'attention suivant concerne le routage de l'alimentation.

Comment router l'alimentation dans un PCB à 6 couches ?

Dans l'exemple d'empilage de PCB à 6 couches ci-dessus, une couche entière est dédiée au PWR. Cette pratique est généralement intéressante dans le cas d'un PCB à 6 couches car elle permet de libérer de l'espace à la surface pour les composants et ainsi faciliter leur alimentation à l'aide de vias.

À titre d'exemple, observez le BGA présenté ci-dessous. Ce BGA particulier est typique d'un contrôleur d'interface haut débit nécessitant beaucoup de courant à différentes tensions, avec bon nombre des billes connectées à l'alimentation et à la terre. Dans le cas d'un FPGA, la surface de l'empreinte permet de dédier plusieurs broches pour l'alimentation et la mise à la terre. Le fait de consacrer une seule couche à l'alimentation vous permet de diviser le plan en rails, et donc d'utiliser plusieurs tensions avec un courant élevé si nécessaire. Vous vous affranchissez ainsi du chevauchement de rails à des tensions différentes, et finalement d'un problème d'EMI supplémentaire.

Néanmoins, ne faites pas l'erreur de penser que l'alimentation a été placée sur une couche interne parce qu'il n'existait aucune autre solution. Vous pouvez toujours router l'alimentation vers vos autres couches de signaux en ajoutant des rails en cuivre ou des pistes épaisses.

Si des courants élevés traversent votre carte à 6 couches, éventuellement à des tensions différentes, je vous recommande d'utiliser une couche d'alimentation supplémentaire plutôt qu'une couche de signaux supplémentaire. En d'autres termes, vous aurez deux couches d'alimentation entrelacées avec la masse sur les couches internes de l'empilage. Vous pouvez même aller plus loin et placer un plan d'alimentation sur la couche arrière pour augmenter la capacité à gérer encore plus de courant. Cela permettrait de disposer de suffisamment d'espace pour acheminer l'alimentation sur une grande surface, éventuellement avec plus de cuivre, pour garantir une faible résistance en courant continu et de faibles pertes de puissance.

Outre ces points, les autres stratégies de routage importantes utilisées pour une carte à 4 ou 8 couches afin de garantir la compatibilité électromagnétique s'appliquent également à une carte à 6 couches. Si vous utilisez un empilage similaire à l'exemple à 6 couches ci-dessus, il sera beaucoup plus facile d'acheminer et de garantir l'intégrité du signal et de l'alimentation. Les considérations DFM valables pour une carte à 4 ou 8 couches s'appliquent également à une carte à 6 couches. Faites approuver votre empilage par un atelier de fabrication avant de commencer à créer votre schéma, à dimensionner les pistes et à effectuer le routage.

• En savoir plus sur les directives de routage des PCB
• En savoir plus sur l'analyse DFM pour les PCB avancés
• En savoir plus sur l'assemblage double face

Assurez-vous de suivre ces directives de conception de PCB à 6 couches avant de créer votre empilage et de commencer le routage. Lorsque vous serez prêt à créer votre carte de circuit imprimé à 6 couches, utilisez les meilleurs outils de conception dans Altium Designer®. Vous disposerez d'un ensemble complet d'outils pour le schéma, le routage et la préparation de votre carte pour la production. Une fois que vous avez créé vos données PCB et que vous souhaitez les partager avec vos collaborateurs, votre équipe peut collaborer via la plateforme Altium 365™. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et produire des composants électroniques avancés se trouve dans une seule et même suite logicielle.

Tout cela n'est qu'un aperçu des possibilités offertes par Altium Designer sur Altium 365. Commencez sans plus attendre votre essai gratuit d'Altium Designer + Altium 365.