Pourquoi le dégagement de la couche interne du circuit imprimé est important

Dans la conception de cartes de circuits imprimés (PCB), le dégagement de la couche interne fait référence à l'espacement ou à la distance entre les couches de cuivre adjacentes à l'intérieur de la carte. Ce dégagement joue un rôle crucial pour assurer l'intégrité du signal, les performances électriques et la fiabilité du circuit. Dans cet article, nous explorerons l'importance du dégagement de la couche interne dans la conception des PCB et discuterons de son impact sur la fonctionnalité globale du circuit.

L'importance du dégagement de la couche interne du circuit imprimé

Le dégagement de la couche interne du PCB, également appelé espacement ou écart, est la distance entre les traces conductrices ou les caractéristiques sur les couches internes d'un PCB. Il joue un rôle crucial pour assurer le fonctionnement fiable et efficace du PCB. Voici quelques raisons pour lesquelles le dégagement de la couche interne du PCB est important.

Isolation électrique

Le dégagement de la couche interne assure une isolation électrique appropriée entre les pistes adjacentes, les pastilles et les éléments en cuivre sur le PCB. Il aide à prévenir les courts-circuits électriques et les connexions involontaires qui peuvent entraîner un dysfonctionnement ou endommager le circuit.

L'intégrité du signal

Le maintien d'un espacement approprié entre les traces de signal sur les couches internes est essentiel pour préserver l'intégrité du signal. En fournissant un espacement suffisant, il minimise la diaphonie et les interférences électromagnétiques (EMI) entre les traces voisines, réduisant les risques de dégradation du signal et garantissant une transmission précise des données.

Considérations de tension

Le dégagement de la couche interne est particulièrement important dans les applications à haute tension. Pour déterminer le dégagement de la couche interne d'un circuit imprimé, le fabricant doit d'abord connaître les tensions haute et de fonctionnement du circuit imprimé. La tension de fonctionnement de la carte de circuit imprimé et ses hautes tensions correspondantes peuvent varier considérablement, de sorte que le dégagement optimal de la couche interne peut être différent pour différentes tensions et cartes de circuit imprimé. La norme IPC-2221 définit les règles pour les dégagements de la couche interne des PCB. Cette norme couvre les détails les plus critiques de la conception des PCB, y compris les dégagements électriques, la forme de la carte et les trous de montage. Ces paramètres détermineront le support mécanique et le placement des composants.

Dissipation de la chaleur

Le dégagement de la couche interne peut également influencer les performances thermiques du PCB. Un espacement suffisant entre les éléments en cuivre permet une dissipation efficace de la chaleur, empêchant l'accumulation de chaleur et les dommages potentiels aux composants ou aux circuits environnants.

Flexibilité de conception

En maintenant un dégagement approprié de la couche interne, les concepteurs de PCB ont plus de flexibilité dans le routage des pistes et le placement des composants sur la carte. Un espacement suffisant laisse de la place pour les modifications de conception, les mises à niveau des composants et les extensions futures, améliorant ainsi la flexibilité globale de la conception du PCB.

Règles de conception de dégagement dans PCB

Normes de fuite et de dégagement pour les PCB

Si vous ne souhaitez pas en savoir plus sur l'importance de la ligne de fuite et de la clairance par votre expérience personnelle, il existe quelques normes pour nous aider. Les normes CEI 60601 et IPC 2221 sont particulièrement utiles pour déterminer l'espacement approprié entre les conducteurs en fonction des différents niveaux de tension et situations. Ces normes fournissent des directives spécifiques pour assurer la sécurité et la fiabilité des conceptions électroniques.

Plusieurs documents traitent des normes de fuite et de dégagement des PCB, le principal étant IPC-2221. Cette norme fournit des lignes directrices générales pour diverses règles de conception, y compris l'espacement requis pour les circuits haute tension. Les limites d'espacement sont déterminées en fonction de facteurs tels que le type de tension (CC ou CA), les couches à l'intérieur du PCB, si les couches externes sont revêtues ou non, et les matériaux utilisés pour le substrat. En plus de l'IPC-2221, vous pouvez trouver des informations supplémentaires dans ces normes :

• IPC-9592 : Cette norme est plus spécifique que l'IPC-2221 en ce qu'elle définit les exigences d'espacement des dispositifs de conversion de puissance qui fonctionnent à plus de 100 volts.

• UL-61010-1 : Ces normes spécifient les exigences de sécurité dans la conception des équipements de test électrique et de laboratoire ainsi que d'autres équipements industriels.

• UL-60950-1 : Cette norme concerne les applications haute et basse tension sur une large gamme d'équipements.

Basse tension VS haute tension

La conception de circuits haute tension/courant élevé et de circuits haute vitesse nécessite le respect des exigences de sécurité et la garantie de l'intégrité du signal. Deux aspects de conception importants qui sont cruciaux dans les deux domaines sont les valeurs de dégagement des traces de PCB et de dégagement des pastilles. Ces choix de conception jouent un rôle essentiel dans l'atteinte d'un équilibre entre la sécurité, la suppression du bruit et la facilité de fabrication. En examinant attentivement et en mettant en œuvre des valeurs de dégagement appropriées, les concepteurs peuvent garantir le fonctionnement fiable et efficace de leurs circuits tout en maintenant les normes de sécurité nécessaires et en minimisant les interférences de signal.

Basse Tension (<15 V)

Selon les normes de tension et d'espacement IPC 2221, les règles minimales de dégagement des PCB (en réalité, le dégagement entre deux conducteurs) sont de 0.1 mm pour les appareils à usage général ou de 4 mils. Pour les dispositifs de conversion de puissance, cette piste minimale de circuit imprimé avec un espacement est de 0.13 mm ou 5.1 mils. Ces panneaux pourraient difficilement être considérés comme "haute tension" et l'espacement des conducteurs dans ces panneaux commence à frôler le régime HDI.

À ces tensions, vous pouvez travailler avec des signaux numériques, des signaux analogiques basse fréquence ou simplement du courant continu à courant modéré. Avec les signaux numériques, la règle typique consiste simplement à suivre la règle « 3W », où l'espacement entre les traces est le triple de la largeur de la trace. Pour une microruban à impédance contrôlée typique de 50 Ohms, la largeur de votre trace sera d'environ 20 mils, donc l'espacement recommandé entre les traces de PCB est de 60 mils. Vous êtes toujours bien dans les exigences IPC 2221 avec ces traces, et votre objectif principal doit être un routage efficace et DFM. Même dans le régime HDI, où vous devrez peut-être router entre des pads à pas fin dans un BGA, vous n'aurez pas à vous soucier de ces exigences de tension car vous travaillez généralement à 3.3 V ou ~ 1 V.

Haute Tension (>15 V)

À haute tension continue, la principale préoccupation dans le choix d'une valeur de dégagement de trace de PCB est d'empêcher la croissance électrostatique et dendritique entre les conducteurs exposés. Avec une tension alternative élevée ou avec un régulateur à découpage qui produit un courant élevé, vous devez maintenant vous soucier de la diaphonie, ainsi que de l'ESD et de la croissance dendritique. Les directives de suppression de la diaphonie sur-spécifient toujours l'espacement de tension requis entre les conducteurs jusqu'à ce que vous atteigniez des tensions très élevées.

Pour voir comment vous pourriez avoir besoin de trouver un équilibre entre l'IPC 2221 et la suppression de la diaphonie, considérez la situation hypothétique suivante. Supposons que vous disposiez d'un microruban à impédance contrôlée (largeur de 20 mil) à proximité d'une ligne CA haute tension, ou à proximité de pistes entrant/sortant d'un régulateur CC à courant élevé. Si vous suivez la règle « 3 W », l'espacement entre les microbandes parallèles et la ligne haute tension à proximité doit être de 1.5 mm, ou ~ 60 mils. C'est plus que suffisant pour se conformer à la norme IPC 2221 jusqu'à ce que le niveau de haute tension atteigne 180 V pour les dispositifs de conversion de puissance, ou 340 V pour les autres produits haute tension.

À haute tension, le problème n'est pas tant un taux de front numérique que la fréquence d'une ligne CA haute tension. Tout signal oscillant peut induire un signal de diaphonie dans une trace proche si les traces sont proches les unes des autres ; il s'agit d'un problème de bruit connu avec les régulateurs CC haute tension et leurs lignes de signal en aval. À un courant de sortie élevé, une telle diaphonie peut induire une commutation involontaire dans les composants numériques à grande vitesse. Il est préférable d'opter pour un espacement plus important entre une ligne AC haute tension et des lignes DC ou numériques à proximité.

En résumé, le dégagement de la couche interne du PCB est essentiel pour maintenir l'isolation électrique, l'intégrité du signal, la sécurité de la tension, la fabricabilité, la dissipation thermique et la flexibilité de conception. En tenant compte de ces facteurs et en respectant les directives de dégagement appropriées, les concepteurs de circuits imprimés peuvent créer des cartes de circuits imprimés fiables et performantes adaptées à une large gamme d'applications.