Épaisseur standard des PCB et votre empilement de couches

Je dois avouer que j'adore les sitcoms des années 1990. Si Jerry Seinfeld était concepteur de PCB, il se demanderait probablement « quel est le problème avec l'épaisseur de carte de 1,57 mm ? » Après tout, c'est une question légitime, et cela vous fait vous demander pourquoi certaines valeurs standard (par exemple, l'impédance de 50 Ohms dans les systèmes RF) sont utilisées dans la conception de PCB et d'autres domaines de l'ingénierie.

Il y a de bonnes raisons pour lesquelles ces valeurs de conception et d'autres sont devenues standardisées dans la conception de PCB, même si elles ne sont pas explicitement définies dans les normes de l'industrie. En ce qui concerne l'épaisseur des PCB, la raison est en grande partie historique, comme nous le verrons dans un instant. Cependant, l'épaisseur standard de carte de circuit de 1,57 mm n'est pas la seule épaisseur à laquelle vous pouvez accéder pour votre carte, bien que la plupart des fabricants centrent leurs capacités de fabrication spécifiquement pour accommoder cette valeur. Si vous avez

Pourquoi une épaisseur de carte de 1,57 mm : Une leçon d'histoire

Lee Ritchey a joliment résumé l'histoire de l'épaisseur de carte standard de facto de 1,57 mm. Sans répéter tout ce que Lee dit sur les valeurs d'épaisseur de carte de circuit, je vais brièvement résumer les raisons pour lesquelles ce nombre est devenu un standard de facto dans l'industrie.

Lorsque les dispositifs électroniques ont commencé à passer aux transistors et aux circuits intégrés, les cartes étaient construites en utilisant des planches de contreplaqué sur des établis, où la couche supérieure d'une feuille de contreplaqué était remplacée par un matériau appelé Bakélite. Si vous connaissez le contreplaqué, alors vous savez que l'épaisseur d'une seule pliure dans le contreplaqué est de 1/16 pouce, ou 1,57 mm. Cette épaisseur est alors devenue en quelque sorte une norme lorsque les connexions de carte à carte sont devenues nécessaires et ont été adaptées à de nouveaux matériaux. Les premières connexions de carte à carte utilisaient des unités de rack avec des connecteurs de bord, et ces connecteurs de bord devaient correspondre à cette épaisseur standard. De nos jours, au lieu de la Bakélite, nous utilisons des matériaux qui permettent la gravure et le placage, et des stratifiés époxy FR4.

Valeurs alternatives d'épaisseur de PCB

Aujourd'hui, les directives de routage pour certains produits (par exemple, les cartes d'extension PCIe, les cartes Mini-PCIe ou les barrettes SODIMM) ou les notes d'application spécifieront 1,57 mm (ou une valeur moins courante de 1,0 mm). Cependant, si vous y réfléchissez, vous réaliserez qu'il n'y a aucune raison pour que cette épaisseur de PCB soit préférable à toute autre valeur d'épaisseur de carte, à part la fabricabilité, ou éventuellement pour accommoder un nombre de couches élevé ou un poids de cuivre élevé. De nombreux fabricants optent pour cette épaisseur de carte électronique avec un nombre de couches inférieur parce que c'est ainsi que cela a toujours été et c'est ce qui est généralement attendu de la part de la plupart des clients.

Alors que la valeur de 1,57 mm est quelque chose comme une capacité requise pour tout fabricant puisqu'elle est devenue une norme de facto, de nombreux fabricants ont adapté leurs capacités pour fabriquer des cartes avec divers multiples de cette épaisseur. Deux autres valeurs d'épaisseur de PCB que vous pourriez trouver chez certains fabricants sont 2,36 mm et 3,18 mm, qui se trouvent juste être 150 % et 200 % de l'épaisseur de la carte de 1,57 mm. Cependant, vous pouvez généralement commander 1,0 mm ou une autre valeur tant que la valeur d'épaisseur particulière est fabricable.

Différents fabricants peuvent fabriquer des cartes avec différents nombres de couches et poids de cuivre, et beaucoup proposeront leur ensemble de valeurs de épaisseur de PCB "standardisées" et d'arrangements de couches. Les fabricants peuvent également accommoder des valeurs d'épaisseur de carte de circuit imprimé alternatives tant qu'ils peuvent vérifier que la carte passera à travers leur processus sans défauts. C'est pourquoi vous devriez contacter votre fabricant pour examiner votre empilement avant de commencer votre conception, ou vous devriez utiliser un empilement hautement standardisé (empilement PCB à 2 couches ou à 4 couches) si cela est applicable. Les fabricants qui exigent (ou préfèrent) des épaisseurs et des arrangements de couches spécifiques rendent parfois leurs empilements disponibles en ligne dans un tableau d'empilement. Vous pouvez généralement télécharger ces données, ou vous pouvez envoyer un courriel leur demandant de regarder votre empilement de couches et l'épaisseur de votre carte si un tableau d'empilement n'est pas disponible.

Épaisseur de la carte, diélectrique et du cuivre

Une fois que vous avez décidé de l'épaisseur globale de la carte, il vous reste trois points à considérer :

• Épaisseur du cuivre sur chaque couche
• Épaisseur de la couche diélectrique
• Épaisseur du masque de soudure

La épaisseur du masque de soudure et l'épaisseur du cuivre PCB sont simples : 0,4-0,8 mils est une plage standard pour l'épaisseur du masque de soudure ; Altium Designer utilise 0,4 mil comme valeur par défaut pour l'épaisseur du masque de soudure dans une nouvelle pile. L'épaisseur du cuivre (en mm) dépendra de votre poids de cuivre, qui apparaîtra par incréments standardisés. L'épaisseur équivalente du cuivre pour un poids donné peut être calculée avec la formule suivante :

Bien qu'il existe un format général de pile et d'épaisseur de PCB à 4 couches (en supposant une épaisseur totale de PCB de 1,57 mm), il n'existe pas de pile "standard" à 4 couches. Un exemple de pile de PCB à 4 couches qui constitue un bon point de départ pour déterminer les épaisseurs diélectriques est montré ci-dessous.

Dans cet exemple, nous avons un noyau épais avec des diélectriques plus minces supportant les couches extérieures. Je l'ai montré comme un exemple car il peut être facilement construit à partir de diélectriques 370HR et prendra en charge des composants à haute vitesse sur des cartes plus petites. Vous pourriez voir des couches de noyau plus minces (nous avons fait 28 mils avec les mêmes diélectriques dans une conception récente), et votre fabricant aura probablement des commentaires sur votre poids de cuivre car ils pourraient avoir des valeurs préférées pour leurs processus.

Calcul de l'épaisseur de votre PCB et de l'agencement des couches

En général, il existe un processus simple que vous pouvez suivre pour déterminer les valeurs d'épaisseur de PCB et des couches dans votre nouvelle conception :

1. Déterminez le nombre de couches requis, généralement en considérant le nombre de nets et la densité approximative des nets
2. Supposez pour le moment un poids de cuivre de 1 oz./sq. ft. et déterminez l'épaisseur totale à allouer aux couches restantes
3. Obtenez une liste des diélectriques disponibles auprès du fabricant de matériaux souhaité et assignez les épaisseurs des couches selon les besoins de votre conception
4. Envoyez la pile proposée à votre fabricant pour examen

Si votre fabricant dispose d'un ensemble standard de matériaux qu'il utilise, il peut généralement vous fournir une pile avec des matériaux alternatifs basés sur les fiches techniques IPC. Certains fabricants combineront leurs matériaux disponibles dans une pile personnalisée qui répond à vos exigences en matière d'impédance et de pertes, et ils ne vous obligeront pas toujours à vous conformer à une pile spécifique.

En fin de compte, vous ne devriez pas choisir votre fabricant de PCB uniquement en fonction du prix. Considérez d'abord vos besoins en conception, réfléchissez aux exigences de votre application (y compris l'épaisseur du PCB), puis choisissez le fabricant capable de concevoir en fonction de ces besoins. Lorsque vous passez à quelque chose de beaucoup plus épais, comme un fond de panier à haute densité de couches, la valeur standard de 1,57 mm n'est plus utilisée. Pour les cartes plus spécialisées à haute vitesse/haute fréquence, vous utiliserez probablement également des matériaux haute fréquence plus spécialisés. Assurez-vous de consulter votre fabricant pour obtenir des conseils afin de garantir que votre conception sera réalisable avec un rendement et une qualité élevés.

Une fois que vous avez déterminé le nombre de couches requis et l'épaisseur de votre PCB, vous avez besoin d'un logiciel de conception de PCB qui vous donne un contrôle total sur votre pile de couches pendant que vous travaillez sur votre conception. Le gestionnaire de pile de couches, la bibliothèque de matériaux de pile, et l'ensemble complet des fonctionnalités de conception dans Altium Designer^® sont idéaux pour des conceptions de toute complexité, et vous disposerez d'un ensemble complet d'outils nécessaires pour préparer votre carte à l'examen par votre fabricant. Lorsque vous avez terminé votre conception et que vous souhaitez publier des fichiers pour votre fabricant, la plateforme Altium 365^™ facilite la collaboration et le partage de vos projets.

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