1. Principes de base des matériaux pour circuits imprimés
1.1 Composants essentiels des matériaux pour circuits imprimés
Les matériaux PCB, connus sous le nom de Stratifiés Copper-Clad (CCL)constituent le substrat pour la fabrication des cartes de circuits imprimés, ce qui détermine directement les caractéristiques de la carte. performance électrique, propriétés mécaniques, caractéristiques thermiqueset manufacturabilité.
| Composant | Fonction et caractéristiques | Composition du matériau |
|---|
| Couche isolante | Assure l'isolation électrique et le soutien mécanique | Résine époxy, tissu de fibre de verre, PTFE, etc. |
| Couche conductrice | Forme les chemins de connexion des circuits | Feuille de cuivre électrolytique, feuille de cuivre laminée (typiquement 35-50μm d'épaisseur). |
1.2 Types et applications des matériaux courants pour circuits imprimés
Matériau FR-4
- Composition: Tissu de fibre de verre + résine époxy
- Caractéristiques: Rentabilité, propriétés mécaniques et électriques équilibrées, retardateur de flammes
- Applications: Électronique grand public, cartes mères d'ordinateurs, cartes de contrôle industrielles et produits électroniques les plus courants.
Matériaux haute fréquence/haute vitesse
- Composition: PTFE, hydrocarbures, charges céramiques
- Caractéristiques: Constante diélectrique (Dk) et facteur de dissipation (Df) extrêmement faibles, perte de transmission du signal minimale, excellente stabilité.
- Applications: Antennes de stations de base 5G, communications par satellite, équipements de réseaux à haut débit, radars automobiles
Substrats à noyau métallique
- Composition: Couche isolante thermoconductrice + substrat en aluminium/cuivre
- Caractéristiques: Excellente dissipation de la chaleur, conductivité thermique élevée
- Applications: Eclairage LED, modules de puissance, amplificateurs de puissance, phares automobiles
1.3 Principaux paramètres de performance des matériaux pour circuits imprimés
Indicateurs de performance thermique
- Tg (température de transition du verre)
- Standard FR-4 Tg : 130°C - 140°C
- FR-4 Mid-Tg : 150°C - 160°C
- FR-4 High-Tg : ≥ 170°C (convient aux procédés de soudure sans plomb)
- Td (température de décomposition)
- Température à laquelle le substrat commence à se décomposer chimiquement.
- Un Td plus élevé indique une meilleure stabilité à haute température
Indicateurs de performance électrique
- Dk (constante diélectrique)
- Affecte la vitesse de propagation du signal et l'impédance dans le milieu diélectrique
- Des valeurs de Dk plus faibles permettent une propagation plus rapide du signal
- Df (facteur de dissipation)
- Perte d'énergie lorsque les signaux se propagent dans le milieu diélectrique
- Des valeurs Df plus faibles indiquent une perte de signal réduite
Indicateurs de fiabilité mécanique
- CTE (coefficient de dilatation thermique)
- Le CTE de l'axe Z (direction de l'épaisseur) doit être minimisé pour éviter les fissures en tonneau après de multiples cycles de refusion.
- Résistance du CAF
- Empêche la formation de filaments anodiques conducteurs dans des conditions de température et d'humidité élevées
2. Processus détaillé de mise en panneaux des circuits imprimés
2.1 Dimensions standard des panneaux
Les tailles originales standard des fournisseurs de matériaux pour circuits imprimés servent d'unités d'approvisionnement et d'inventaire de base pour les fabricants de circuits imprimés :
| Taille Type | Spécifications communes | Matériaux applicables |
|---|
| Tailles courantes | 36″ × 48″, 40″ × 48″, 42″ × 48″ | FR-4 et autres matériaux rigides |
| Dimensions sur mesure | Adapté aux besoins des clients | Cartes haute fréquence, cartes à noyau métallique |
2.2 Optimisation de la taille du panneau de production
Les fabricants de circuits imprimés découpent les panneaux standard en panneaux de production plus petits, adaptés au traitement sur la chaîne de production par le biais de la panélisation, avec pour objectif principal de maximiser l'utilisation des matériaux.
Stratégies d'optimisation de la panélisation :
- Utiliser un logiciel de mise en page spécialisé pour une utilisation optimale des panneaux
- Tenir compte des limites de la capacité de traitement de l'équipement
- Équilibrer l'efficacité de la production et l'utilisation des matériaux
2.3 Facteurs clés influençant la taille des panneaux de production
- Capacités de traitement des équipements: Limites de taille des machines d'exposition, des lignes de gravure, des presses, etc.
- Considérations relatives à l'efficacité de la production: Les tailles modérées améliorent le rythme de production et les taux de rendement
- Utilisation des matériaux: Considérations essentielles ayant un impact direct sur la maîtrise des coûts
3. Détaillé Couche PCB Structure et fonctions
3.1 Vue d'ensemble de la structure des couches du circuit imprimé
| Type de couche | Description de lafonction | Caractéristiques visuelles |
|---|
| Couche de sérigraphie | Marque les désignations et les contours des composants | Caractères blancs (lorsque le masque de soudure est vert) |
| Couche de masque de soudure | La protection de l'isolation évite les courts-circuits | Encre verte ou autre encre colorée (image négative) |
| Couche de pâte à braser | Facilite le brasage, améliore la soudabilité | Placage d'étain ou d'or sur les plaquettes (image positive) |
| Couche électrique | Acheminement des signaux, connexions électriques | Traces de cuivre, plans internes dans les cartes multicouches |
| Couche mécanique | Définition de la structure physique | Schéma de la carte, fentes et marques de dimensions |
| Couche de forage | Définition des données de forage | Emplacements des trous de passage, des vias aveugles et des vias enterrés |
3.2 Analyse approfondie des couches clés
Relation entre les couches de masque de soudure et de pâte à braser
- Principe d'exclusion mutuelle: Les zones avec masque de soudure ne contiennent pas de pâte à braser, et vice versa.
- L'essentiel du design: Le masque de soudure utilise une image négative, la pâte à souder utilise une image positive.
Stratégie de conception de la couche électrique
- Cartes à simple couche: Une seule couche conductrice
- Cartes à double couche: Couches conductrices supérieure et inférieure
- Cartes multicouches: 4 couches ou plus, les couches intérieures peuvent être définies comme plans de puissance et de masse à l'aide d'une image négative
Différences entre le calque mécanique et le calque sérigraphique
- Différents objectifs: La sérigraphie facilite l'identification des composants ; la couche mécanique guide la fabrication des circuits imprimés et l'assemblage physique.
- Différences de contenu: La sérigraphie contient principalement du texte et des symboles ; la couche mécanique comprend les dimensions physiques, l'emplacement des trous, etc.
4. Guide pratique de conception des circuits imprimés
4.1 Principes de base de l'emballage des composants
Considérations essentielles sur le paquet :
- Correspondre précisément aux dimensions physiques des composants
- Distinguer les boîtiers à trous traversants (DIP) des boîtiers à montage en surface (SMD)
- Les chiffres tels que 0402, 0603 représentent les dimensions des composants (unité : pouces).
4.2 Sélection de la conception de l'alimentation
Alimentations à découpage et linéaires
| Type d'alimentation | Avantages | Inconvénients | Scénarios d'application |
|---|
| Alimentation à découpage | Haute efficacité (80%-95%) | Ondulation importante, conception complexe | Applications à haute puissance, dispositifs alimentés par batterie |
| Alimentation linéaire | Faible ondulation, conception simple | Faible efficacité, production importante de chaleur | Circuits à faible consommation d'énergie et sensibles au bruit |
| LDO | Faible perte de charge, faible bruit | Efficacité encore relativement faible | Applications à faible perte de charge, circuits RF |
4.3 Processus normalisé de conception des circuits imprimés
Phase 1 : Conception schématique
- Préparation de la bibliothèque de composants
- Créer des paquets sur la base des dimensions réelles des composants
- Il est recommandé d'utiliser des bibliothèques établies comme JLCPCB
- Ajouter des modèles 3D pour la vérification visuelle
- Circuits d'application de référence fournis par les fabricants de puces
- Apprendre à partir de modules dont la conception a fait ses preuves
- Utiliser les ressources en ligne (CSDN, forums techniques) pour les conceptions de référence.
Phase 2 : Implantation du circuit imprimé et routage
- Lignes directrices pour le placement des composants
- Placement compact des modules fonctionnels
- Éloigner les composants générateurs de chaleur des appareils sensibles
- Suivre les recommandations de mise en page dans les fiches techniques des puces
- Spécifications d'acheminement des signaux
- Largeur de la trace : 10-15 millimètres (signaux réguliers)
- Éviter les tracés aigus et à angle droit
- Placer les cristaux à proximité des circuits intégrés, sans traces en dessous.
- Gestion de l'alimentation et du plan de masse
- Largeur de la trace d'alimentation : 30-50mil (ajustée en fonction du courant)
- Les connexions à la terre peuvent être réalisées par coulage de cuivre
- Utiliser les vias de manière appropriée pour relier les différentes couches
5. Techniques et considérations professionnelles en matière de conception
5.1 Principes de base de la conception de circuits à grande vitesse
- Adaptation d'impédance: 50Ω mono-étendu, 90/100Ω différentiel
- Intégrité du signal: Prendre en compte les effets des lignes de transmission, les réflexions de contrôle et la diaphonie.
- Intégrité de l'alimentation: Placement adéquat du condensateur de découplage
5.2 Stratégies de gestion thermique
- Priorité aux voies de dissipation de la chaleur pour les appareils de grande puissance
- Sélectionner des matériaux à haute conductivité thermique (noyau métallique, matériaux à haute Tg)
- Utilisation correcte des vias thermiques
5.3 Conception pour la fabrication (DFM)
- Respecter les capacités du fabricant de circuits imprimés en matière de processus.
- Fixer des distances de sécurité appropriées
- Envisager la conception de la panélisation