Lors de la sélection d’un circuit imprimé, l’épaisseur est un facteur crucial. L'épaisseur a un impact sur les propriétés électriques telles que la conductivité et la résistance, qui sont essentielles pour répondre aux spécifications de votre appareil. La fonctionnalité dépend de cet aspect, car il dicte les performances du PCB sous des charges électriques et des contraintes mécaniques.
Comprendre la gamme d'options d'épaisseur et les aligner sur les exigences de votre appareil est essentiel. Des épaisseurs standards pour un usage général aux dimensions spécialisées pour les appareils haute puissance ou compacts, la sélection de la bonne épaisseur de PCB est un équilibre entre les besoins électriques et les contraintes physiques.
Cet article vise à fournir une compréhension complète de l'épaisseur des PCB, des facteurs affectant l'épaisseur des PCB et de la manière de choisir la bonne épaisseur de PCB.
Qu'est-ce que l'épaisseur standard des PCB ?
L'épaisseur du PCB fait référence à l'épaisseur totale d'un circuit imprimé, qui comprend toutes ses couches, telles que le matériau de base, les couches de cuivre, le masque de soudure et toute couche supplémentaire comme la sérigraphie. Cette épaisseur est un aspect important de la conception des PCB car elle a un impact sur la résistance mécanique de la carte, la compatibilité avec les composants et les propriétés thermiques et électriques.
L'épaisseur de PCB standard la plus largement reconnue est de 1.6 mm (environ 0.063 pouces). Cette épaisseur est largement adoptée dans l’industrie électronique pour diverses raisons :
Résistance mécanique et poids : Un PCB de 1.6 mm d'épaisseur offre un bon équilibre entre être suffisamment robuste pour être manipulé pendant la fabrication et l'utilisation, et ne pas être trop lourd, ce qui est particulièrement important pour les appareils électroniques portables.
Compatibilité avec les composants traversants : Merci beaucoup à travers le trou les composants sont conçus avec des câbles qui s'intègrent bien dans un PCB de cette épaisseur. Cela garantit que les composants peuvent être montés en toute sécurité et que leurs fils sont suffisamment longs pour traverser la carte et être soudés du côté opposé.
Facilité de fabrication : Une épaisseur de PCB de 1.6 mm est plus facile à fabriquer que des PCB plus épais ou plus fins. Ils fournissent suffisamment de matériau pour une manipulation et un assemblage sécurisés sans présenter de difficultés dans les processus tels que le perçage, la gravure et l'alignement des couches.
Au-delà de la norme de 1.6 mm, les autres épaisseurs courantes incluent 0.8 mm (31 mils), 1.0 mm (39 mils), 1.6 mm (63 mils), 2.36 mm (93 mils) et 3.17 mm (125 mils). Ici, VictoryPCB propose des options standard pour l'épaisseur totale de toutes les couches stratifiées de votre PCB, allant de 0.008 pouces à 0.240 pouces, entre lesquelles vous pouvez choisir en fonction de l'application ou du domaine d'utilisation.
PCB à 2 couches et épaisseur du PCB à 4 couches
L'épaisseur standard d'un PCB à 2 couches est de 1.6 mm. La composition totale comprend à la fois le matériau du noyau, généralement du FR-4, et les couches de cuivre de chaque côté de ce noyau.
L'image ci-dessus décrit les épaisseurs spécifiques des différentes couches qui composent une norme. PCB à deux couches, ce qui équivaut au total à 1.6 mm (0.062 pouces). Voici les informations détaillées présentées dans l’image :
Masque de soudure supérieur : 0.01 mm
Couche supérieure (cuivre) : 0.035 mm
Noyau (généralement FR-4) : 1.5 mm
Couche inférieure (cuivre) : 0.035 mm
Masque de soudure inférieur : 0.01 mm
L'épaisseur la plus courante pour un PCB à quatre couches est de 1.6 mm (environ 0.063 pouces). Il s'agit de la même épaisseur standard que celle utilisée pour les PCB à deux couches, ce qui en fait un choix populaire en raison de son équilibre entre résistance mécanique, fabricabilité et coût. Il s'adapte également bien à un large éventail de types de composants, en particulier les composants traversants.
Facteurs de fabrication qui affectent l'épaisseur du PCB
En effet, plusieurs facteurs de fabrication ont un impact crucial sur l’épaisseur globale d’un circuit imprimé. Ces facteurs doivent être soigneusement pris en compte lors des processus de conception et de fabrication pour garantir que le produit final répond aux exigences spécifiques de son application prévue.
Épaisseur du noyau du PCB
Le substrat central, souvent appelé noyau ou diélectrique, est la couche isolante d'un PCB. Il sépare deux couches de cuivre conductrices. Le substrat est souvent fabriqué à partir de matériaux tels que le FR-4 (le plus courant), le polyimide, le CEM (Composite Epoxy Material) et d'autres, en fonction des propriétés requises telles que la stabilité thermique, la flexibilité et le coût.
L'épaisseur du substrat dans les PCB varie en effet considérablement en fonction de l'application, reflétant différentes exigences en matière de durabilité mécanique, de gestion thermique et de contraintes spatiales.
Par exemple, un substrat plus épais, par exemple environ 0.125 pouces (3.2 mm), est bénéfique dans les environnements où le PCB est exposé à des contraintes mécaniques importantes. Cette épaisseur contribue à améliorer la robustesse structurelle du PCB, le rendant plus résistant aux impacts physiques et aux contraintes, courants dans l'automobile et d'autres applications lourdes.
Dans les applications à espace limité telles que les smartphones et les technologies portables, un substrat plus fin allant d'environ 0.031 pouces (0.8 mm) à 0.04 pouces (1.0 mm) est préféré. L'utilisation de substrats plus fins permet de minimiser le volume et le poids globaux de ces appareils, ce qui est crucial pour le confort de l'utilisateur et la portabilité des appareils.
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Épaisseur du préimprégné
En tant que matériau diélectrique, le préimprégné fournit une isolation entre deux noyaux ou entre un noyau et une feuille de cuivre dans un PCB. Le préimprégné est fabriqué à partir de fibre de verre imbibée d'un liant résine et pré-durcie jusqu'à une étape intermédiaire. Le terme « préimprégné » provient de ce procédé de pré-imprégnation. Généralement, la résine utilisée est soit à base d'époxy, soit en polyimide partiellement durci, formant le matériau de base du préimprégné.
Les matériaux préimprégnés sont classés en trois types principaux en fonction de la teneur en résine : résine élevée (HR), résine moyenne (MR) et résine standard (SR). La quantité de résine combinée à la fibre de verre détermine l'épaisseur du préimprégné. Par exemple, avoir plus de résine par rapport à la fibre de verre, ce qui peut améliorer ses propriétés adhésives et son isolation électrique mais aussi augmenter son épaisseur et son coût.
L'épaisseur des préimprégnés dans la fabrication de PCB comprend plusieurs épaisseurs standardisées telles que pp-106 (0.002 pouces), pp-1080 (0.003 pouces), pp-2113 (0.004 pouces) et pp-2116 (0.0047 pouces). La sélection dépend de l'épaisseur finale souhaitée du PCB et d'autres spécifications de conception.
Épaisseur de cuivre
Des couches de cuivre sont appliquées sur la surface du noyau du PCB et dans les couches internes des cartes multicouches. L'épaisseur du cuivre est généralement mesurée en onces par pied carré, ce qui se traduit en épaisseurs (1 oz/pi² correspond à environ 1.4 mils ou 35 microns).
L'épaisseur du cuivre est l'un des paramètres de fabrication qui affectent l'épaisseur du PCB. L'épaisseur standard du cuivre est d'environ 1.4 à 2.8 mils (1 à 2 oz), mais cette épaisseur est ajustée en fonction des exigences uniques de la carte. En raison des besoins en matériaux et des défis de traitement, plus le cuivre est épais, plus la carte est épaisse et plus la carte sera chère.
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Épaisseur du PCB multicouche
Les PCB multicouches sont constitués de plusieurs couches de traces de cuivre et de matériaux isolants (tels que FR-4 ou polyimide) empilées et liées ensemble. Plus un PCB comporte de couches, plus il sera généralement épais. Chaque couche supplémentaire signifie l'ajout d'une couche de cuivre et d'au moins une couche de préimprégné ou de matériau de base. Les configurations multicouches courantes incluent 4, 6, 8 et jusqu'à plus de 30 couches pour les appareils très complexes.
Les PCB multicouches plus épais peuvent poser des problèmes en termes de fabricabilité, tels que des difficultés de perçage et de placage précis des trous. De plus, à chaque couche supplémentaire, le processus de fabrication devient plus complexe et plus coûteux. Les concepteurs doivent équilibrer la complexité du circuit électronique avec l'espace physique disponible à l'intérieur de l'appareil. Les circuits plus complexes nécessitent généralement plus de couches, ce qui peut augmenter l'épaisseur du PCB.
Quelle est l’importance de l’épaisseur du PCB ?
L'épaisseur du PCB influence de manière significative trois domaines critiques : le coût, les performances et la qualité. Comprendre comment ces facteurs sont affectés par l'épaisseur des PCB est essentiel pour les deux Fabricants de PCB et leurs clients.
Prix
Le coût de fabrication des PCB est étroitement lié à l’utilisation des matériaux. Lorsque les fabricants produisent des panneaux plus épais que spécifié, ils utilisent plus de matériaux que ce sur quoi le calcul des coûts était basé, ce qui entraîne des pertes. À l’inverse, si les planches sont systématiquement plus fines que celles spécifiées, les clients peuvent se sentir lésés et payer plus pour moins de matériau. Cet écart dans l’utilisation des matériaux peut être négligeable pour les petites commandes, mais devient financièrement significatif pour les séries de production à grande échelle.
Performance
La stabilité mécanique d'un PCB est directement affectée par son épaisseur. Un PCB trop fin peut être susceptible de se fissurer sous l'effet de contraintes physiques telles que les vibrations, courantes dans de nombreux environnements opérationnels. Cette vulnérabilité peut entraîner une grave dégradation des performances, voire une panne du dispositif électronique. D'un autre côté, un PCB trop épais peut ne pas s'adapter correctement aux appareils compacts, provoquant des problèmes d'assemblage et des problèmes potentiels de performances dus à une mauvaise intégration dans la structure de l'appareil.
Qualité
Pendant Processus de fabrication de PCB, les panneaux qui ne répondent pas aux normes d'épaisseur spécifiées sont susceptibles d'être signalés et rejetés lors des inspections de qualité. Cela entraîne une augmentation des taux de rebut, ce qui augmente les coûts de production. Du point de vue du client, la réception de PCB qui s'écartent des spécifications convenues peut entraîner des refus lors des contrôles qualité entrants. Un mauvais respect constant des spécifications d'épaisseur peut nuire à la réputation d'un fabricant et entraîner une perte d'activité.
Comment choisir la bonne épaisseur de PCB ?
Choisir la bonne épaisseur de PCB est une décision critique qui a un impact sur la fonctionnalité, la fiabilité, le processus de fabrication et l'application de la carte. Il existe trois types de PCB en fonction de leur épaisseur : les PCB minces, les PCB plus épais et les PCB extrêmement épais. Voici un guide sur la façon de choisir la bonne épaisseur de PCB en fonction des différents besoins des applications :
PCB minces
Gamme d'épaisseur: 15.7 mils (0.4 mm) à 39.4 mils (1.0 mm).
Caractéristiques et applications : Les PCB minces sont légers et peuvent être flexibles, ce qui les rend idéaux pour les appareils électroniques compacts où l'espace est limité. Utilisez des PCB minces dans les appareils électroniques portables comme les smartphones et les tablettes, les appareils portables tels que les montres intelligentes ou dans d'autres appareils électroniques grand public où la flexibilité et le poids minimal sont cruciaux. Ces PCB aident à conserver un profil élégant et à réduire le poids total du produit.
PCB plus épais
Gamme d'épaisseur: 62 mils (1.6 mm) à 93 mils (2.4 mm) et parfois même plus épais.
Caractéristiques et applications : Les PCB plus épais offrent une résistance mécanique et une durabilité améliorées, ce qui les rend adaptés aux environnements plus exigeants où la carte peut subir des contraintes physiques ou devoir gérer des densités de puissance plus élevées. Optez pour des PCB plus épais dans les machines industrielles, l'électronique de puissance et les appareils grand public robustes qui nécessitent une durabilité accrue. Ces cartes sont mieux adaptées pour résister aux impacts mécaniques et sont préférables dans les applications nécessitant une gestion thermique importante.
PCB extrêmement épais
L'épaisseur dépasse : 93 mils (2.4 mm), certaines cartes, telles que les circuits imprimés du fond de panier, pouvant atteindre 400 mils (10.16 mm).
Caractéristiques et applications : Les PCB extrêmement épais sont généralement utilisés dans les infrastructures critiques et les équipements spécialisés où le PCB doit prendre en charge un grand nombre de connexions et de composants haute puissance. Ceux-ci sont courants dans les fonds de panier de serveurs, les équipements de télécommunications et les cartes de test à grande échelle qui doivent être exceptionnellement robustes et capables de gérer des charges thermiques importantes.
Autres considérations pour les applications haute fréquence
Contrôle d'impédance
La constante diélectrique du matériau du substrat et l'épaisseur du PCB sont critiques car elles déterminent l'impédance caractéristique du des lignes de transmission. L'épaisseur du PCB modifie la distance entre les couches conductrices, affectant la capacité et l'inductance par unité de longueur, donc l'impédance. Une impédance constante est essentielle sur l'ensemble du PCB pour minimiser les réflexions du signal et garantir une transmission précise du signal. Les concepteurs doivent calculer et simuler avec précision pour répondre aux exigences d'impédance des composants et systèmes haute fréquence.
Atténuation du signal
Dans les circuits haute fréquence, l’atténuation du signal peut être un problème. Des PCB plus épais peuvent augmenter les pertes diélectriques, entraînant une réduction de la qualité du signal. Le choix du matériau du substrat devient ici important, car les matériaux avec des tangentes de perte plus faibles, comme le Rogers ou le Téflon, sont préférés au standard FR-4 pour leurs meilleures performances aux hautes fréquences, bien qu'ils soient plus chers.
Blindage électromagnétique
Les PCB plus épais offrent un blindage amélioré contre les interférences électromagnétiques (EMI), bénéfique pour les appareils sensibles aux EMI ou fonctionnant dans des environnements très bruyants. Cependant, les avantages d’une épaisseur accrue pour un meilleur blindage EMI doivent être mis en balance avec les inconvénients potentiels tels qu’un poids plus élevé et des processus de fabrication plus complexes. Des méthodes supplémentaires telles que l'utilisation de plusieurs couches de terre, de boîtiers de blindage ou de revêtements de blindage EMI spécialisés peuvent constituer des alternatives efficaces.
Gestion thermique
Une gestion thermique efficace est cruciale dans les applications à haute fréquence en raison de la génération de chaleur plus élevée. Même si des PCB plus épais peuvent contribuer à la dissipation de la chaleur, l'incorporation de vias thermiques ou de dissipateurs thermiques peut s'avérer nécessaire pour gérer efficacement la charge thermique.
Précision de fabrication
PCB haute fréquence exigent une précision dans la fabrication pour maintenir des tolérances strictes essentielles à une impédance constante et à une minimisation de la perte de signal. Cela inclut un contrôle précis des processus de gravure pour maintenir des largeurs et des espacements de traces précis.
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