L'empilage des couches dans les circuits imprimés rigides et flex-rigides

Créer des circuits imprimés multicouches, c'est comme les Legos. Les pièces s'emboîtent facilement, mais il vous faut quand même suivre des instructions si vous voulez que votre conception se tienne. Aujourd'hui, seuls les PCB les plus élémentaires sont constitués d'une couche unique, ou d'une couche supérieure et inférieure. Les PCB multicouches se sont généralisés et peuvent comporter jusqu'à 30 couches. Au sein de ces cartes, les stratégies d'empilage des couches sont primordiales pour un certain nombre d'applications.

Le concepteur de circuit imprimé doit être préparé à tout changement de stratégie. D'ailleurs, de quoi se compose son matériel de base ? D'outils de CAO bien sûr. Tout bon circuit imprimé nécessitera un logiciel de conception robuste. Cela vaut encore plus pour les circuits flexibles et flex-rigides pour lesquels le suivi des règles de conception s'avère plus complexe. Ne vous perdez pas dans votre empilage de couches, imprimez vos circuits flexibles en toute sérénité.

Stratégies d'empilage multicouche

Dans l'idéal, votre stratégie d'empilage de couches devrait vous permettre d'agencer les traces et les plans de masse de manière à neutraliser parfaitement les interférences électromagnétiques (EMI) et la diaphonie, elle devrait pouvoir s'adapter aux conceptions flexibles et flex-rigides, le tout, avec un échauffement inférieur à la température ambiante. Cela est bien évidemment impossible et aucune stratégie d'empilage ne pourra répondre parfaitement et simultanément à toutes les exigences.

Les cartes incluant d'une grande densité de pastilles ont généralement besoin de davantage de couches de signal. D'ailleurs, des directives générales précisent le nombre de couches que doivent comporter les PCB standards. Pendant le routage, vous constaterez peut-être que certaines couches de signal sont inutiles et peuvent être supprimées. Une fois que vous avez choisi le nombre de couches adéquat, vous devez les disposer en tenant compte de la façon dont leur agencement affecte les EMI et la diaphonie.

Dans un empilage multicouche classique, il convient d'alterner les plans de signal et d'alimentation/de masse, chaque couche étant séparée soit par un noyau diélectrique, soit par un prépreg. La disposition recommandée dépend du nombre de couches de la carte, mais la règle ci-dessus est toujours appliquée afin de supprimer les IEM et la diaphonie entre les couches. La résolution des problèmes thermiques nécessite des critères de conception spécifiques qui s'appliquent également aux cartes multicouches.

Dans un empilage multicouche, les appareils dotés de composants analogiques et numériques doivent disposer de couches de masse séparées. Les deux plans de masse ne doivent être reliés qu'en un seul point. Il en va de même pour les couches de signal analogique et numérique, car cela permet d'éviter le bruit de couplage. Une alternative serait d'utiliser une seule couche pour la masse puis de diviser le plan de masse en deux parties, numérique et analogique.

Le routage des circuits imprimés flexibles n'est pas nécessairement compliqué

Séparer les couches de signal analogique et numérique et leur plan de masse respectif est aussi un bon moyen d'éviter les EMI. Insérer les plans de masse entre les couches de signal analogique et numérique génère un blindage efficace entre les deux couches. Le plan de masse analogique doit jouxter la couche de signal analogique, idem pour la couche de signal numérique. Ainsi, le courant de retour de chaque couche de signal est induit uniquement au niveau de son propre plan de masse.

Empilage d'un circuit flex-rigide

Dès que l'on passe à la conception de circuits imprimés flex-rigides, chaque câble plat flexible doit respecter le même empilage que vos cartes rigides, à noter que les nappes flexibles sont plus fines que les cartes auxquelles ils sont reliés. Leur rôle est généralement de transmettre le signal entre les cartes, et ils doivent impérativement être raccordés à la masse.

Si vous envisagez d'intégrer un plan d'alimentation ou de masse à un câble plat flexible, utilisez du cuivre quadrillé. Les stries apportent une meilleure flexibilité par rapport aux feuilles de cuivre lisses. Le cuivre quadrillé est également préconisé pour isoler les couches de signal au niveau du câble plat.

Il est inutile de placer une couche de signal directement sous la couche protectrice du câble plat flexible, sauf si vous comptez implanter des composants directement sur ce dernier. Il est donc possible d'implanter des composants CMS directement sur le câble plat si une couche de signal se trouve sous la couche protectrice, à savoir que ce type de conception est de plus en plus privilégié.

Les points de soudure doivent se trouver dans la couche de signal, directement sous la couche protectrice, qui doit être perforée pour que les composants SMT puissent être reliés à la couche de signal. Vérifiez toujours auprès de votre fabricant que leurs caractéristiques conviennent à vos choix conceptuels. Évitez toujours de placer ces composants directement dans la zone de pliage, placez-les parallèlement à la longueur du pli.

Les composants CMS peuvent être contrôlés efficacement à l'aide d'une nappe flexible

Un autre procédé pour implanter des composants sur une nappe consiste à métalliser les trous. La couche de signal est à nouveau placée sous la couche protectrice, dont les trous perforés permettent également d'accéder à cette première couche. Un via traversant est implanté dans la pastille de montage, et l'ensemble est ensuite recouvert d'une épaisseur de métal donnée. Si les vias le permettent, des composants traversants peuvent alors être positionnés sur la partie flexible.

À l'aide de votre logiciel de conception de circuits imprimés, vous devez pouvoir définir un empilage flex-rigide sans passer par des étapes de conception supplémentaires ni recourir à des outils spécialisés. Les outils avancés de CAO, de routage et de simulation d'Altium Designer  facilitent la conception de votre empilage de couches. Téléchargez une version d'évaluation gratuite et voyez si Altium Designer répond à vos besoins.

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