Conception de circuits imprimés multicouches : savoir quand y avoir recours

J'ai toujours été un très grand fan de Clint Eastwood. L'inspecteur Harry était peut-être un peu trop rapide de la gâchette pour un citadin du XXe siècle, mais l'homme sans nom, lui, trouvait parfaitement sa place dans ce monde de brutalité et d’illégalité. Bien sûr, j'espérais toujours qu'il parvienne à battre la brute, à arrêter le hors-la-loi, ou à séduire la fille, mais ce qui me fascinait le plus était la rapidité avec laquelle il prenait une décision. Évidemment, l'issue n'était pas toujours favorable. Dans certaines situations, son comportement était digne du bon, et dans d'autres, de la brute ou du truand.

De même, l'issue du processus de conception d'un circuit imprimé dépend parfois d'une simple décision : utiliser ou non un circuit imprimé multicouches. Ainsi, certains concepteurs s'orientent parfois vers les cartes multicouches alors qu'elles ne sont pas indispensables à leur projet. La conception augmente alors en complexité, le coût de fabrication grimpe, et la réparation ou la modification devient presque impossible.

La plupart des films de la trilogie de « L’homme sans nom » sont construits de la façon suivante : les personnages sont victimes d'un ou de plusieurs crimes sordides, ou se voient imposer un lourd fardeau par les méchants, puis ce préjudice est réparé par le héros. En suivant ce même schéma, commençons par examiner les risques du processus de conception et de développement d'un circuit imprimé avant d'analyser les facteurs qui nous aideront à choisir entre un circuit imprimé multicouches et un autre circuit.

Le maître du circuit imprimé multicouches

Il est toujours tentant d'opter pour une approche multicouches. Après tout, l'idée selon laquelle « plus c'est petit, mieux c'est » semble assez répandue sur le marché de la conception électronique. Pourtant, il existe de nombreuses raisons de ne pas tomber dans ce piège lorsque votre projet ne vous impose pas cette approche, parmi lesquelles :

• La complexité de la conception : La conception d'un circuit imprimé multicouches implique d'aligner parfaitement tous les trous traversants et les vias. En effet, toute erreur risquerait de compromettre la circulation du courant et d'entraîner des problèmes lors du montage. De même, lorsque les couches sont en nombre impair ou que l'épaisseur des couches internes est inégale, un fléchissement ou une torsion de la carte peut apparaître. Le montage du circuit devient alors impossible et ce dernier pourra uniquement être utilisé à des fins de test. Mauvaise décision. Enfin, lors de la conception d'applications de communication, qui requiert la transmission de différents types de signaux par plusieurs couches, des problèmes de performance, liés à la diaphonie ou à l'adaptation d'impédances, peuvent se présenter. Mauvaise décision.

• L'augmentation du coût de fabrication : La fabrication d'un circuit imprimé multicouches est plus chère. Elle nécessite plus de matériaux et de temps ainsi que des techniciens hautement qualifiés. Passer de deux à quatre couches peut ainsi entraîner une hausse du coût de fabrication de l'ordre de 100 %. Mauvaise décision.

• Une réparation difficile, voire impossible : De petites erreurs peuvent se glisser dans le processus de fabrication de n'importe quelle carte, en particulier si cette dernière est dotée de couches en nombre impair ou de taille inégale. Un circuit imprimé simple face (ou double face) peut facilement être réparé et la carte reste utilisable. En revanche, si le problème affecte une couche interne, la réparation est pour ainsi dire impossible et la ou les cartes concernées deviennent inutilisables. Mauvaise décision.

Un autre facteur souvent négligé est l'augmentation thermique qui accompagne ces couches supplémentaires, un phénomène qui peut ne pas être détecté avant la commercialisation du produit. En cas de défaillance, vous risquez alors d'être confronté à un triple « R » : rappel, reconception et refabrication.Très mauvaise décision.

S'il n'est pas fait correctement, le choix d'un circuit imprimé multicouches peut donc entraîner de sérieuses complications. Mais il ne faut pas perdre de vue les avantages de cette approche. En effet, si le processus de sélection et de conception est mûrement réfléchi, la conception d'un tel circuit peut aussi s'apparenter à "une douce promenade à cheval sous le soleil couchant".

Prenez le contrôle de votre processus de conception et rejoignez Clint sous le soleil couchant.

La puissance des multicouches

Si vous êtes prêt à consacrer plus de temps à la conception et à la fabrication, à investir davantage et à respecter les meilleures pratiques en matière de conception de circuits imprimés multicouches, n'ayez pas peur d'opter pour cette approche, en particulier si la taille est un facteur important pour votre projet. Et si ce n'est pas le cas ? Voici trois autres raisons de choisir un circuit imprimé multicouches :

• La fonctionnalité : Les circuits imprimés multicouches rendent possible l'intégration de circuits plus complexes et permettent ainsi de développer davantage de fonctionnalités dans des boîtiers de taille inférieure. Les avantages en matière de marketing sont évidents. Bonne décision.

• La durabilité : La conception et le développement des circuits imprimés multicouches nécessitent un soin tout particulier. Ainsi, ces composants sont souvent mieux conçus et très fiables. Bonne décision.

• L'aptitude au montage : Plus un circuit imprimé est petit, plus son montage devient simple. Il nécessite moins de trous de montage et sa localisation au sein du système est plus libre. En fait, vous pourriez même être en mesure de réduire la taille du produit conçu, et d'en améliorer ainsi la portabilité, d'en faciliter le rangement, et d'en stimuler l'attrait commercial. Bonne décision.

L'épreuve de la conception

Plus onéreuses, les cartes multicouches exigent également un temps de fabrication plus long et des compétences accrues en conception et en fabrication. Il est donc important de bien évaluer la pertinence de cette approche avant de se décider. Lors de cette réflexion, nous vous conseillons de ne pas céder à la tendance du « plus petit ». Vous risqueriez alors ne pas prendre la bonne décision. Préférez donc appuyer votre choix sur une comparaison objective des avantages et des inconvénients des circuits imprimés multicouches.

Non : Pour certains projets, les circuits simple face sont tout simplement plus adaptés. Prenons l'exemple de la carte-mère d'un ordinateur. Ces cartes de taille variable sont en général dotées de plusieurs ports et de composants amovibles qui doivent être accessibles. Ces facteurs ne rendent pas impossible l'utilisation d'une conception multicouches. Cependant, cette approche n'est pas la plus pertinente puisque les avantages présentés par la taille réduite ne l'emportent pas sur les inconvénients liés à sa complexité et à son coût.

Oui : La plupart des concepteurs qui optent pour un circuit imprimé multicouches cherchent avant tout à réduire la taille de leur carte. Lorsque la liberté de conception n'est pas limitée par le nombre d'entrées et de sorties, par la nécessité d'une sortance adaptée aux circuits intégrés simple face (MPU, FPGA, etc.) ou par des contraintes similaires liées à la longueur des pistes, un circuit multicouches peut représenter la meilleure option. Cette approche est aussi particulièrement adaptée aux produits dont la conception permet l'utilisation de circuits flexibles, ce qui simplifie le processus de fabrication tout en accordant davantage de liberté au concepteur.

Au lieu de réutiliser le même circuit imprimé pour chaque conception, veillez à choisir celui qui est le plus adapté à votre projet.

Adapté aux circuits imprimés simple face, double face ou multicouches, le logiciel simple et efficace Altium Designer vous aidera à concevoir des circuits imprimés à la pointe de l'efficacité et de la précision.

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