La nécessité de dispositifs haute performance avec des fonctionnalités élargies augmente dans le domaine de l'électronique en constante évolution. La nécessité de la technologie de la carte de circuit imprimé (PCB) a entraîné des progrès notables, en particulier dans le domaine des applications à haute fréquence. L'utilisation de la conception de PCB multicouches est devenue une solution cruciale afin de satisfaire les exigences rigoureuses de ces applications.
L'avènement des PCB multicouches
Historiquement, les cartes de circuits imprimés étaient principalement caractérisées par leur structure simple ou double couche, qui imposait des contraintes à leur aptitude aux applications à haute fréquence en raison de la détérioration du signal et de l'interférence électromagnétique (EMI). Néanmoins, l'introduction de circuits imprimés multicouches a entraîné des progrès notables dans l'intégrité du signal, l'atténuation des interférences électromagnétiques (EMI) et les performances globales.
Les cartes de circuits imprimés multicouches (PCB) se distinguent de leurs homologues simples ou doubles par la présence de trois couches conductrices ou plus qui sont séparées par un matériau isolant, communément appelé couches diélectriques. L'interconnexion de ces couches est facilitée par des vias, qui sont de minuscules passages conducteurs qui facilitent la communication entre les couches distinctes. La conception compliquée des PCB multicouches permet une plus grande concentration de composants et de circuits complexes, ce qui les rend essentiels à la technologie de pointe.
Les PCB multicouches présentent généralement un degré élevé de rigidité en raison du défi inhérent d'atteindre plusieurs couches dans une structure de PCB flexible. Les connexions électriques entre les couches sont établies par l'utilisation de plusieurs types de vias, y compris les vias aveugles et enterrés.
La configuration implique le placement de deux couches sur la surface pour établir une connexion entre la carte de circuit imprimé (PCB) et l'environnement externe. En général, la densité des couches dans les circuits imprimés (PCB) est uniforme. Cela est principalement dû à la sensibilité des nombres impairs à des problèmes tels que la déformation.
Le nombre de couches varie généralement en fonction de l'application spécifique, tombant généralement dans la plage de quatre à douze couches.
En règle générale, la majorité des applications nécessitent un minimum de quatre et un maximum de huit couches. En revanche, les applications telles que les smartphones utilisent principalement un total de douze couches.
Applications principales
Les PCB multicouches sont utilisés dans une large gamme d'applications électroniques, notamment:
● Électronique grand public, où les PCB multicouches jouent un rôle fondamental fournissant la puissance et les signaux nécessaires pour une large gamme de produits tels que les smartphones, les tablettes, les consoles de jeux et les appareils portables. L'électronique élégante et portable dont nous dépendons quotidiennement est attribuée à leur conception compacte et à une densité élevée
● Dans le domaine des télécommunications, l'utilisation des PCB multicouches facilite la transmission en douceur des signaux de voix, de données et de vidéo à travers les réseaux, garantissant ainsi une communication fiable et efficace
● Les systèmes de contrôle industriel dépendent fortement des circuits imprimés multicouches (PCB) en raison de leur capacité à gérer efficacement les systèmes de contrôle complexes, les mécanismes de surveillance et les procédures d'automatisation. Les panneaux de contrôle des machines, la robotique et l'automatisation industrielle reposent sur eux comme système de soutien fondamental
● Les PCB multicouches sont également pertinents pour les dispositifs médicaux, car ils sont cruciaux pour assurer la précision, la fiabilité et la compacité. L'équipement de diagnostic, les systèmes de surveillance des patients et les dispositifs médicaux vitaux sont considérablement influencés par leur rôle important.
Avantages et avantages
Les PCB multicouches offrent plusieurs avantages et avantages dans les applications à haute fréquence, notamment:
● Intégrité améliorée du signal: les PCB multicouches facilitent le routage d'impédance contrôlée, la minimisation de la distorsion du signal et la transmission fiable des signaux à haute fréquence. L'interférence du signal inférieur des cartes de circuits imprimées multicouches entraîne une amélioration des performances, de la vitesse et de la fiabilité
● EMI réduit: en utilisant des plans dédiés au sol et à la puissance, les PCB multicouches suppriment efficacement l'EMI, améliorant ainsi la fiabilité du système et minimisant les interférences avec les circuits voisins
● Conception compacte: avec la possibilité de s'adapter à plus de composants et à des schémas de routage complexes, les PCB multicouches permettent des conceptions compactes, cruciales pour les applications limitées dans l'espace telles que les appareils mobiles et les systèmes aérospatiaux.
● Amélioration de la gestion thermique: les PCB multicouches offrent une dissipation de chaleur efficace par l'intégration des VIA thermiques et des couches de cuivre stratégiquement placées, améliorant la fiabilité et la durée de vie des composants de haute puissance.
● Flexibilité de conception: la polyvalence des PCB multicouches permet une plus grande flexibilité de conception, permettant aux ingénieurs d'optimiser les paramètres de performance tels que la correspondance d'impédance, le retard de propagation du signal et la distribution de puissance.
Désavantage
L'un des principaux inconvénients associés aux cartes de circuits imprimés multicouches est leur coût plus élevé par rapport aux PCB à double couche à toutes les étapes du processus de fabrication. Le coût plus élevé est principalement associé à l'équipement spécialisé requis pour leur production.
La fabrication est également plus complexe, car la production de PCB multicouches nécessite une période de conception beaucoup plus longue et des méthodes de fabrication méticuleuses par rapport à d'autres types de PCB. Complexité de fabrication: La fabrication de PCB multicouches exige des processus de fabrication sophistiqués, y compris l'alignement précis des couches, le routage d'impédance contrôlée et les mesures strictes de contrôle de la qualité, entraînant une augmentation des coûts de production et des délais plus longs.
Les PCB multicouches nécessitent une pré-conception approfondie et, par conséquent, des ingénieurs compétents sont nécessaires pour son développement. La production de chaque conseil d'administration nécessite une période substantielle, entraînant une augmentation des dépenses de main-d'œuvre. De plus, cela peut entraîner des intervalles de temps prolongés entre le placement d'une commande et la réception du produit, ce qui peut être un défi dans certaines situations.
Néanmoins, ces préoccupations ne sapent pas l'efficacité des circuits imprimés multicouches (PCB). Bien que les PCB multicouches soient souvent plus chers que les PCB monocouches, ils offrent de nombreux avantages par rapport à cette forme particulière de circuit imprimé.
Alors que les appareils électroniques continuent de réduire la taille et l'augmentation de la densité de puissance, la gestion thermique efficace devient critique dans les PCB multicouches, nécessitant des solutions innovantes pour atténuer les points chauds thermiques et assurer des performances optimales. De plus, la validation des performances des conceptions de PCB multicouches nécessite des méthodologies de test complètes, y compris des tests de simulation, de prototypage et de conformité, pour garantir la conformité aux normes et spécifications de l'industrie.
Conseils de conception de PCB multicouches
Lors de la création d'une carte de circuit imprimé multicouche (PCB) pour les applications à haute fréquence, plusieurs suggestions utiles sont généralement utiles.
Afin d'atténuer les problèmes dans la conception de PCB multicouche, le principal domaine d'accent est généralement accent sur l'empilement. Lorsque vous portez des jugements sur l'empilement de couche, il est important de prendre en compte des facteurs tels que les fonctionnalités, la fabrication et le déploiement.
Commencez par optimiser les dimensions du conseil d'administration, car cela influencera les décisions concernant d'autres caractéristiques. Lors de la détermination de la taille idéale du conseil d'administration, prenez en compte les facteurs suivants:
● Le nombre de composants à héberger au tableau
● La taille de ces composants
● où la carte sera installée
● Les allocations du partenaire de fabrication pour l'espacement, les dégagements et les trous de forage
Une fois que le nombre de couches a été décidé, la sélection de vias, qu'elle soit aveugle, à travers le trou, enterré ou via dans un pad doit être effectuée. Cet aspect affecte la complexité de la fabrication, d'où la qualité des PCB.
Dans la section de conception de PCB multicouche, le logiciel de conception PCB est un élément essentiel du processus de conception. Il aide les concepteurs à générer la structure de la connexion mécanique et de câblage du PCB à partir de la netlist, et à placer cette structure de connexion sur les multicouches et à générer des fichiers de conception assistés par ordinateur. Ce CAD est essentiel dans la fabrication du PCB. Il existe plusieurs options de logiciels de conception de PCB que vous pouvez utiliser pour concevoir votre PCB multicouche. Cependant, quelques-uns sont utilisés plus largement que d'autres, en particulier en raison de leur interface plus simple, entre autres raisons.
DFM, dont l'objectif est de créer des pièces et des composants de produits qui facilitent la fabrication, doit également être pris en compte. L'objectif est d'atteindre des produits de haute qualité à des dépenses réduites. Par conséquent, cela implique de rationaliser, d'améliorer et de perfectionner la conception du produit. Le DFM doit être effectué en temps opportun avant de commencer l'outillage. Il est impératif d'impliquer toutes les parties prenantes du DFM. L'implication de plusieurs parties prenantes, notamment des concepteurs, des ingénieurs, des fabricants de contrats, des fournisseurs de matériaux et des constructeurs de moisissures, est cruciale. Ce faisant, les problèmes possibles avec la conception peuvent être atténués.
Fabrication
La fabrication de PCB multicouches pour les applications à haute fréquence implique plusieurs étapes clés:
● Conception et disposition: les ingénieurs utilisent un logiciel de conception PCB spécialisé pour créer la disposition, en considérant des facteurs tels que l'intégrité du signal, la gestion thermique et l'atténuation des EMI.
● Sélection des matériaux: Des matériaux de haute qualité avec une constante diélectrique à faible teneur en tangente diélectrique sont choisies pour minimiser la perte de signal et maintenir des performances à haute fréquence.
● Planification de l'empilement des calques: l'empilement de couche est soigneusement prévu pour optimiser le routage du signal, la correspondance d'impédance et la dissipation thermique, en considérant des facteurs tels que la fréquence du signal, l'épaisseur de la carte et l'épaisseur du cuivre.
● Fabrication et assemblage: des techniques de fabrication avancées telles que le forage laser, la stratification séquentielle et la gravure d'impédance contrôlée sont utilisées pour fabriquer des PCB multicouches avec précision et fiabilité.
● Test et assurance qualité: les procédures de test rigoureuses, y compris l'analyse de l'intégrité du signal, les mesures d'impédance, l'imagerie thermique et les tests EMI, sont effectuées pour garantir les performances, la fiabilité et la conformité des PCB multicouches avec des normes et des spécifications de l'industrie.
Conclusion
L'évolution de la conception de PCB multicouches a révolutionné le domaine de l'électronique à haute fréquence, permettant le développement d'appareils sophistiqués avec des performances, une fiabilité et des fonctionnalités améliorées. Malgré les défis de l'intégrité du signal, de la complexité de la fabrication et de la gestion thermique, les avantages des PCB multicouches l'emportent de loin sur les défis, ce qui les rend indispensables dans un large éventail d'applications à haute fréquence, y compris les télécommunications, l'aérospatiale, l'automobile et l'électronique médicale. Avec les progrès continus dans les matériaux, les techniques de fabrication et les méthodologies de conception, les PCB multicouches sont prêts à continuer à conduire l'innovation en électronique haute fréquence pour les années à venir.