Lorsqu'un ingénieur PCB conçoit un produit, cela implique bien plus que le simple placement et le routage des composants. La conception des plans d'alimentation et de masse des couches internes est tout aussi cruciale. La gestion des couches internes exige de prendre en compte l'intégrité de l'alimentation, l'intégrité du signal, la compatibilité électromagnétique et la conception pour la fabricabilité.
Différence entre les couches internes et les couches externes
Les couches externes servent au routage et au soudage des composants, tandis que les couches internes sont dédiées aux plans d'alimentation et de masse. Ces couches sont présentes uniquement sur les cartes multicouches, où elles assurent les connexions d'alimentation et de masse. Les conceptions courantes, comme les cartes à deux, quatre et six couches, font référence au nombre de couches de signal et de couches internes d'alimentation et de masse.
Conception de la couche intérieure
1. Couche de base sous signaux critiques
Pour les signaux à haut débit, d'horloge et à haute fréquence, le placement d'une couche de terre directement sous ces signaux minimise la longueur du trajet de boucle et réduit le rayonnement.
2. Zone du plan de puissance et du plan de masse
Dans la conception de circuits à haute vitesse, le rayonnement du plan d'alimentation et les interférences système doivent être minimisés. Généralement, la surface du plan d'alimentation doit être inférieure à celle du plan de masse afin que ce dernier puisse protéger le plan d'alimentation. Une règle courante consiste à réduire la surface du plan d'alimentation vers l'intérieur d'une valeur égale à deux fois l'épaisseur du diélectrique par rapport au plan de masse.
3. Plan d'empilement des couches
Les plans d'alimentation doivent être adjacents à leurs plans de masse correspondants pour former une capacité de couplage. Associée à des condensateurs de découplage, cette disposition réduit l'impédance du plan d'alimentation et assure un filtrage efficace.
4. Sélection du plan de référence
Le choix d'un plan de référence est crucial. Si les plans d'alimentation et de masse peuvent tous deux servir de référence, le plan de masse offre généralement un blindage supérieur car il est généralement relié à la terre. Les plans de masse sont privilégiés comme plans de référence.
5. Éviter le routage inter-zones
Les signaux critiques des couches adjacentes ne doivent pas traverser les zones segmentées. Une segmentation croisée peut créer de larges boucles de signal, entraînant un rayonnement et un couplage importants.
6. Acheminement de l'alimentation et de la terre
Maintenez l'intégrité du plan de masse. Évitez de faire passer les lignes de signal par celui-ci. Si la densité du signal est élevée, envisagez un routage le long des bords du plan d'alimentation.
Fabrication de la couche intérieure
Le processus de fabrication des couches internes n'est qu'une partie du processus complexe de fabrication des circuits imprimés. La production des couches internes doit tenir compte d'autres étapes, telles que les tolérances de laminage et de perçage, qui peuvent affecter la qualité et le rendement. Les circuits imprimés multicouches, en particulier, nécessitent des processus plus complexes que les circuits imprimés monocouches ou bicouches. Les concepteurs doivent tenir compte de ces complexités dès la phase de conception.
1. Retirer les coussinets non fonctionnels (NFP)
Les pastilles non fonctionnelles (PNF) sont des pastilles situées dans les couches internes et non connectées à un réseau. Lors de la fabrication des circuits imprimés, les PNF sont retirées car elles n'ont pas d'impact sur la fonctionnalité du produit, mais peuvent affecter la qualité et l'efficacité de la production.
(Couche interne PIC-PCB-4)
2. Gérer les vias denses dans les zones BGA
Les composants BGA présentent souvent une faible empreinte et des broches densément disposées, ce qui entraîne une forte dispersion des vias. Lors de la fabrication, les vias doivent être maintenus à une distance de sécurité des pistes et des zones de cuivre afin d'éviter les courts-circuits lors du laminage et du perçage. Si le cuivre entre les vias ne peut être conservé, cela peut provoquer des circuits ouverts dans le réseau. Les ingénieurs FAO doivent remédier à ce problème en ajoutant des ponts de cuivre entre les vias pour garantir la connectivité réseau.
3. Résoudre les anomalies de conception de la couche interne
Dans les conceptions de couches internes utilisant des films négatifs, si tous les vias sont entièrement isolés du cuivre, aucune connexion fonctionnelle n'est obtenue. De telles conceptions rendent la couche interne inefficace. Les fabricants vérifieront auprès des concepteurs si la conception est intentionnelle ou si le cuivre n'a pas été affecté à un réseau.
4. Goulots d'étranglement des films négatifs dans les couches internes
Lors de la séparation des plans d'alimentation et de masse dans les couches internes, des vias denses peuvent créer des goulots d'étranglement dans la conductivité du réseau. Si le pont de cuivre reliant les réseaux d'alimentation est trop étroit, il ne peut pas acheminer suffisamment de courant, ce qui peut entraîner une défaillance de la carte. Dans les cas les plus graves, ces goulots d'étranglement peuvent provoquer des circuits ouverts, entraînant une défaillance de la conception.
En prenant en compte ces considérations, les ingénieurs PCB peuvent améliorer la fabricabilité et la fiabilité des couches internes tout en évitant les pièges de conception lors de la fabrication.
