Transmettre les exigences d'empilage des couches de votre circuit imprimé aux fabricants

Dans le domaine de la conception de circuits imprimés, la transmission des exigences aux fabricants et aux fournisseurs est une priorité absolue. Le contexte de nos demandes est parfois oublié, soit parce que nous ne fournissons pas les bonnes informations, soit parce qu'elles sont incomplètes ou parce que nous n'en donnons pas du tout.

Même si le concepteur de PCB expérimenté prend soin de spécifier précisément son empilage de PCB, c'est le fabricant qui choisira le meilleur compromis entre les matériaux disponibles, les capacités de traitement et le rendement.

Les empilages ne sont pas une simple description de la construction de base du PCB. Ils tiennent compte de nombreux autres aspects de la conception qui sont définis par les propriétés matérielles du noyau et des matériaux diélectriques.

Pour s'assurer de la compatibilité de leur conception avec les capacités du fabricant, les stocks de matériaux et les exigences en matière d'impédance, les concepteurs doivent veiller à clairement définir leurs besoins pour l'empilage. Si vous suivez mes conseils dès la création de la conception et que vous demandez à votre fabricant quels empilages sont disponibles, vous serez préparé au mieux. Vous collaborerez bien plus facilement avec lui si vous concevez votre PCB en fonction de cet empilage de couches.

Comment faire si vous disposez d'une conception déjà existante et que vous devez la faire produire n'importe où avec des ensembles de matériaux compatibles ? Comment vous assurer que la carte que vous recevrez réponde au mieux à vos besoins ? C'est ce que nous allons voir dans cet article. Si vous suivez certains de ces conseils, vous réaliserez votre conception AVEC le fabricant, et pas seulement POUR lui.

Assurez-vous d'avoir spécifié les exigences d'empilage des couches de votre circuit imprimé

Comme je l'ai mentionné ci-dessus, lors de l'itération initiale d'une conception, il est généralement possible d'obtenir un empilage standard et de l'utiliser dans votre conception. C'est le moyen le plus rapide de concevoir et de mettre votre prototype en production.

L'autre option consiste, a minima, à concevoir votre propre empilage avec les matériaux de votre choix, puis à le valider avec votre atelier de fabrication. Le fabricant vous indiquera s'il est en mesure de le produire, et vous pourrez alors décider de la suite (repenser l'empilage ou l'envoyer ailleurs).

Lorsque la conception est déjà terminée, c'est une autre histoire. Pour produire la conception, vous devez vous assurer que le fabricant de cartes nues peut répondre à plusieurs spécifications, notamment :

1. Caractéristiques de la couche : elles comprennent les épaisseurs de couche, le poids du cuivre, le type de feuille de cuivre (traitée sur l'envers, électrodéposition, cuivre roulé, additif, etc.) et la construction du stratifié/le style de tissage.
2. Exigences en matière de diélectrique et d'impédance : si vous devez respecter une spécification d'impédance (pour les signaux et l'alimentation), vous devez alors préciser la constante diélectrique dans vos couches ainsi que les épaisseurs de couches et le cuivre.
3. Substitutions et tolérances autorisées : elles indiquent à votre fabricant les modifications qu'il est autorisé à apporter afin de s’assurer que la conception pourra être produite de manière fiable dans n'importe quel atelier.

Contrairement à la conception pour la fabrication qui est abordée au travers des points numéros ^o 1 et  2, le point numéro 3 n'est pas souvent évoqué. En prenant en compte les éventuels changements nécessaires dans l'empilement des couches de votre PCB avec le point numéro 3, vous éviterez de recevoir des cartes qui ne répondent pas à vos spécifications.

Pour être sûr de satisfaire vos besoins en matière d'empilage de PCB, il existe un document important que vous pouvez utiliser pour spécifier les exigences de votre carte : le dessin de fabrication. Le dessin d’empilage et vos notes de fabrication vous permettront de transmettre vos exigences d'empilage de couches du PCB à votre fabricant.

Commencez par fournir un dessin ou un tableau d'empilage des couches de votre PCB

Vous pouvez ajouter un dessin d'empilage à votre dessin de fabrication pour spécifier immédiatement la plupart de vos exigences d'empilage. C'est le moyen le plus simple pour transmettre à votre atelier de fabrication les exigences de base que vous souhaitez pour votre carte.

L'exemple ci-dessous illustre la conception d'une carte à 4 couches qui pourrait être utilisée pour un PCB à haute vitesse, un module de régulation d'alimentation, une carte de microcontrôleur ou une autre carte à usage général.

À partir de ce dessin, nous pouvons déjà relever plusieurs spécifications importantes que votre atelier de fabrication devra respecter :

• L'épaisseur et le nombre de couches
• Le poids du cuivre sur chaque couche
• Les matériaux spécifiques (ici ITEQ IT-180BS/IT-180C)
• L'extension de fichier Gerber correspondant à chaque couche

Certains clients créent parfois un document relatif à l'empilage qui reprend ces différents points et me l'adressent avec leurs listes d'exigences. Lorsque vous transmettez vos données de conception à votre fabricant, il convient d'inclure un document relatif à l'empilage ou un document comportant d'autres exigences dans le dossier, mais ces informations doivent également apparaître dans un dessin de fabrication. La meilleure façon de procéder est de créer un dessin d'empilage comme indiqué ci-dessus.

Que dire de l'impédance et des propriétés diélectriques ? Si vous concevez votre PCB en ayant des matériaux spécifiques en tête, vous n'avez pas besoin de les répertorier explicitement, bien qu'ils puissent être inclus dans le dessin d'empilage des couches de votre circuit imprimé.

Pour vous assurer que l'atelier de fabrication tiendra compte de ces tolérances dans votre conception, vous devrez spécifier des tolérances acceptables pour la largeur des pistes et l'épaisseur des couches.

Indiquez les tolérances pour votre empilage et la largeur de vos pistes

Pour vous assurer d'atteindre un objectif de constante diélectrique, de propriétés thermiques/chimiques ou d'impédance (en supposant que vous l'ayez spécifié), il existe trois façons de procéder dans votre conception :

1. Avant d'entreprendre tout travail de conception, faites approuver votre empilage par l'atelier de fabrication. S'il l'approuve, assurez-vous que le fabricant spécifie une largeur de piste pour votre valeur d'impédance basée sur des données du contrôle d'impédance. Si vous réalisez votre conception en fonction de cette largeur de piste et de cet empilage de couches, vous saurez que les spécifications que vous fournissez dans votre dessin de fabrication induiront le comportement électrique souhaité.
2. Indiquez la conformité à la fiche technique d'IPC requise pour tout matériau compatible utilisé dans l'empilement de PCB. Vous devez connaître la fiche technique d'IPC souhaitée pour une première sélection du matériau.
3. Laissez au fabricant la possibilité d'ajuster la largeur des pistes pour pouvoir s'adapter à tout changement de matériau utilisé dans l'empilement du PCB. Il est inutile de spécifier une fiche technique d'IPC ou le nom d'un matériau spécifique, bien que vous puissiez le faire dans vos notes de fabrication.

L’option numéro 1 garantit la précision de votre carte chez tous les fabricants qui proposent exactement tous les matériaux que vous avez spécifiés. Les options numéros 2 et 3 sont plus générales, et tendent à couvrir tous les cas de figure, mais vous pouvez tout de même être amené à demander la réalisation de tests de contrôle d'impédance pendant la fabrication.

La mise en œuvre de l’option numéro 2 est simple dans vos notes de fabrication. L'image ci-dessous montre un exemple de note de fabrication identifiant clairement la fiche technique à respecter pour tous les matériaux (note 16.C, encadrée en rouge). Cette procédure peut être mise en œuvre même si le contrôle d'impédance n'est pas nécessaire.

Avec l’option numéro 3, votre atelier de fabrication pourra être amené à adapter légèrement ces spécifications. Vous devrez spécifier les tolérances admissibles sur l'épaisseur des couches et la largeur des pistes dans vos notes de fabrication.

L'exemple ci-dessous montre comment spécifier les tolérances admissibles pour l'atelier de fabrication. La zone encadrée en rouge définit l'objectif d'impédance nominale utilisée dans la conception tel qu'initialement fourni au fabricant. La zone en bleu spécifie les tolérances autorisées sur la largeur des pistes et l'épaisseur des couches.

Ainsi, vous tenez compte du fait que les matériaux utilisés par l'atelier de fabrication puissent avoir une constante diélectrique différente de celle que vous avez utilisé dans votre conception. Dans la mesure où le fabricant ne pourra pas toujours atteindre la constante diélectrique requise, il devra adapter la piste pour compenser toute différence importante afin que l'impédance reste conforme aux spécifications définies dans la note 18.A.

Lorsque vous souhaitez rassembler votre documentation de conception de PCB et transmettre votre package de fichiers de fabrication à la production, utilisez les outils de dessin automatisés du package Draftsman inclus dans Altium Designer^®. Quand vos données de fabrication sont prêtes à être transmises à votre fabricant, vous pouvez facilement partager et collaborer sur vos conceptions depuis 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.