Les cartes de circuits imprimés (PCB) à 16 couches sont devenues un support technologique clé pour l'intégration de systèmes complexes. Leur conception et leur fabrication impliquent un contrôle précis des couches intermédiaires et une gestion de l'intégrité des signaux. Ces cartes multicouches équilibrent parfaitement les exigences de câblage à haute densité et les exigences d'intégrité des signaux grâce à une structure laminée précise.
Structure stratifiée typique d'un circuit imprimé à 16 couches
Configuration 1 : signal optimisé à grande vitesse (8S4P4G)
L1 : Signal(TOP) L2 : GND L3 : Signal L4 : Signal
L5 : PWR1 L6 : GND L7 : Signal L8 : Signal
L9 : PWR2 L10:GND L11:Signal L12:Signal
L13:PWR3 L14:GND L15:Signal L16:GND(BOT)
Avantages:
- Chaque couche de signal a un plan de référence adjacent
- Les plans d'alimentation divisés permettent des domaines de tension multiples
- Convient aux liaisons série à grande vitesse de 56 Gbps+.
Configuration 2 : Type de traitement à signaux mixtes
L1 : Signal RF L2 : GND L3 : Analogique L4 : PWR
L5 : Numérique L6 : GND L7 : Numérique L8 : PWR
L9 : Numérique L10:GND L11:Numérique L12:PWR
L13:Analogique L14:GND L15:RF L16:GND
Caractéristiques:
- Circuits RF et analogiques avec blindage périmétrique
- Acheminement des signaux numériques sur les couches internes
- Idéal pour les équipements d'imagerie médicale
Configuration 3 : Type d'application haute puissance
(Comprend des couches de puissance en cuivre de 2 oz d'épaisseur et des couches thermiques dédiées)
Points clés:
- Couches de puissance en cuivre d'une épaisseur de 3OZ
- Couches thermiques à noyau métallique intégré
- Conçu pour les onduleurs EV
Recommandation d'un expert: Effectuer des simulations de champ électromagnétique en 3D lors de la sélection des configurations d'empilage. Ansys HFSS ou CST Studio Suite sont recommandés pour la validation de la conception.
Technologie des matériaux critiques et contrôle de l'épaisseur
1. Sélection de matériaux haut de gamme
| Type de matériau | Modèle type | Dk@10GHz | Df@10GHz | Applications |
|---|
| FR4 à grande vitesse | Megtron6 | 3.7 | 0.002 | 112G SerDes |
| Matériau à faible perte | RO4835 | 3.5 | 0.003 | Radar à ondes millimétriques |
| Matériau à haute teneur en Tg | IT-180A | 4.3 | 0.012 | Électronique automobile |
2.Système de contrôle de l'épaisseur
Exemple pour un panneau de 1,6 mm d'épaisseur :
- Cuivre de la couche de signal : 1 oz (35 μm)
- Cuivre de la couche d'alimentation : 2 oz (70 μm)
- Epaisseur du diélectrique : 0,1mm (4mil)
- Pré-imprégné : type 1080
- Couche de contrôle de l'impédance : 0,2mm (8mil)
Formule de calcul:
Épaisseur totale = Σ(épaisseur du cuivre) + Σ(épaisseur du diélectrique) + épaisseur du masque de soudure
Processus de fabrication avancée
- Technologie de perçage au laser:
- Laser CO2 : trous > 100 μm
- Laser UV : microvias < 100 μm
- Aveugle via le rapport hauteur/largeur : 1:0.8
- Processus de placage par impulsion:
- Épaisseur du cuivre du trou : ≥25 μm
- Uniformité de la surface en cuivre : ±3 μm
- Précision du forage arrière : ±50 μm
- Paramètres critiques de laminage:
- Température : 180 ± 5 °C
- Pression : 350PSI
- Durée : 90 minutes
- Niveau de vide : ＜50 mbar
Normes d'inspection de la qualité:
- IPC-6012B Classe 3
- IPC-A-600G
- Test de la sonde volante à 100
- Inspection 3D par rayons X
Conception de l'intégrité des signaux
- Trois éléments du contrôle de l'impédance:
- Tolérance de largeur de ligne ±10 %
- Tolérance d'épaisseur diélectrique ±7 %
- Tolérance d'épaisseur du cuivre ±1 μm
- Conception de l'intégrité de l'alimentation:
- Capacité plane > 500 pF/pouce carré
- Placement du condensateur de découplage :
- 0,1 μF@0402 par BGA
- 10 μF@0603 par domaine de tension
- Stratégies d'optimisation EMC:
- Via de blindage des bords : espacement ＜λ/20
- Fentes d'isolation : largeur supérieure à 50 mil
- Structure sandwich au sol
Étude de cas: Une station de base AAU 5G utilisant des circuits imprimés à 16 couches a permis de réduire la perte d'insertion de 32 %, d'améliorer les performances thermiques de 28 % et d'obtenir une fiabilité MTBF de 100 000 heures.
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Faits marquants de l'AQF
Q : Comment équilibrer le coût et la performance dans les conceptions à 16 couches ?
R : La stratification hybride 4+8+4” est recommandée : 4 couches de matériaux à haute vitesse + 8 couches de FR4 réduisent le coût de 15 % tout en maintenant les performances de la couche de signal critique.
Q : Comment relever les défis thermiques dans les cartes à 16 couches ?
R : Trois solutions efficaces :
- Blocs de cuivre intégrés pour le refroidissement local
- Réseaux thermiques
- Matériaux composites à âme métallique
Q : Défauts courants dans la production de masse de cartes à 16 couches ?
A : Les principaux domaines d'intervention :
- Désalignement d'une couche à l'autre
- Fissures de cuivre dans les vias
- Vides dans les couches diélectriques
- Finition de surface non uniforme
Applications des circuits imprimés à 16 couches
Les cartes de circuits imprimés à 16 couches concilient parfaitement les besoins de routage à haute densité et les exigences d'intégrité des signaux grâce à des structures d'empilage précises, ce qui leur permet de trouver des applications très répandues dans les :
- Infrastructure de communication 5G: Équipement de station de base prenant en charge la transmission par ondes millimétriques et la technologie MIMO massive
- Calcul à haute performanceInterconnexions de processeurs pour les serveurs d'intelligence artificielle et les superordinateurs
- Matériel d'imagerie médicale: Systèmes de contrôle pour la tomodensitométrie, l'imagerie par résonance magnétique et d'autres dispositifs médicaux avancés
- Électronique aérospatiale: Des solutions fiables pour les communications par satellite et les systèmes de commande de vol
- Électronique automobileContrôleurs de domaine pour la conduite autonome et les systèmes de cockpit intelligents
Paramètres techniques typiques:
- Épaisseur de la carte : 1,6-2,4 mm (personnalisable)
- Largeur/intervalle de ligne minimum : 3/3mil (0,075/0,075mm)
- Ouverture minimale :0,15 mm (perçage au laser)
- Tolérance d'alignement entre couches : ±25 μm
- Précision du contrôle d'impédance : ±7 %
Aperçu de l'industrie: Avec l'adoption des technologies PCIe 5.0 et DDR5, le marché des circuits imprimés à 16 couches connaît une croissance annuelle de 12 % et devrait dépasser les 5,8 milliards de dollars d'ici à 2025.
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