Empilement des couches

Lors de la conception d’un PCB 2 couches, il n’est pas vraiment nécessaire de tenir compte de sa fabrication effective dans un Fablab ou chez un sous-traitant. Par contre, lorsque le nombre de couches passe à 4 ou plus, la façon dont ces couches sont empilées devient un facteur à prendre en considération. L’empilement choisi définit les perçages possibles pour les traversées (vias) et peut également impacter sur la performance CEM (compatibilité électromagnétique) du produit. Cet article traite des processus de fabrication d’un circuit multi-couches ainsi que de l’information à spécifier dans votre outil de CAO pour aider à sa fabrication.

Construction d'un circuit multi-couches

Avant de nous intéresser à la façon dont l’empilement des couches est géré, il convient de faire un bref rappel de la terminologie et des options de fabrication courantes.
  • Le préimprégné est essentiellement de la fibre de verre tissée enduite de résine époxy non durcie.
  • Un noyau est basiquement un assemblage prêt à l’emploi de « feuille de cuivre/pré-imprégné/feuille de cuivre » ou de « feuille de cuivre/pré-imprégné » .
Un fabricant de cartes électroniques dispose généralement d’un stock de noyaux double-face plaqués de cuivre qui servent de base de travail. Les trous traversants, l’association de ces plaques et les gravures seront ensuite réalisées. Le circuit obtenu sera recouvert par un préimprégné pour être associé à un autre noyau (ce noyau supplémentaire peut être un noyau basique ou être déjà constitué de plusieurs couches de préimprégné et de feuilles de cuivre) ou à une feuille. Plusieurs couches de préimprégné peuvent être utilisées ensemble pour constituer des couches isolantes plus épaisses.

Circuit 4 couches

Pour fabriquer un circuit 4-couches il existe basiquement 2 façons de réaliser l’empilement.

Vous pouvez utiliser deux noyaux, chacun percé et métallisé puis plaqués ensemble avec un préimprégné. Une phase finale de perçage/métallisation termine le process. 

La plupart des logiciels de conception de circuits, y compris Proteus, appellent ce type d’empilement une paire de couches externe (external layer pairs), car les noyaux sont situés à l’extérieur.

Il est également possible d’utiliser un seul noyau qui est percé et métallisé. Puis une couche de préimprégné/feuille est placée de chaque côté du circuit qui sera durci, gravé, percé, métallisé.

Sans surprise, on parle ici de paires de couches internes car les noyaux sont à l’intérieur.

Lorsqu’un PCB multicouches est réalisé, une passe séparée de la machine de perçage à commande numérique est nécessaire pour chaque étendue de perçages. Cela signifie que, une fois l’empilement des couches établi, il existe un ensemble légal connu d’étendues de perçages possibles. Par exemple, dans le circuit imprimé à 4 couches dont il a été question précédemment, vous pouvez avoir trois étendues de perçages si vous utilisez deux noyaux (paires de couches externes) ou deux étendues de perçages si vous utilisez un noyau (paires de couches internes).

Configuration de l'outil CAO

Nous pouvons constater que l’empilement des couches impose les plages de perçages disponibles lorsqu’on utilise les techniques de fabrication standard. Vous ne pouvez pas, par exemple, avoir un via enterré entre les coches internes ‘Inner 1’ et ‘Inner 2’ si votre empilement de 4 couches est construit avec des paires de couches externes. Par conséquent, lors de la conception d’un PCB multicouches, la chose la plus importante est de réfléchir à l’utilisation des vias et de configurer l’empilement des couches dans votre outil de CAO dès le début. C’est également le moment de spécifier les matériaux, les épaisseurs et les constantes diélectriques de votre PCB. Ces informations ne sont pas seulement utiles pour le fabricant mais peuvent également être utilisées par votre outil CAO; les épaisseurs de couche, par exemple, peuvent servir pour inclure la profondeur de perçage dans les calculs d’égalisation de la longueur des pistes.

Une fois l’empilement des couches confirmé, l’étape suivante consiste à définir l’étendue des vias que vous prévoyez d’utiliser. Normalement, l’outil de CAO vous aidera afin de prévenir la création de passes de perçage incompatibles avec l’empilement choisi.

Lorsque vous envoyez votre circuit en fabrication, toutes ces informations sont normalement exportées dans un document dédié qui accompagne les fichiers Gerber.

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