Traces et espace en cuivre : trois facteurs à prendre en compte

Lors de la conception de circuits imprimés (PCB), les ingénieurs ont souvent tendance à estimer approximativement certains paramètres de leur design.

L’un de ces paramètres est communément appelé «Trace and Space" :

Trace : désigne la largeur d’une piste de cuivre.

Space : désigne la distance entre deux pistes adjacentes.

La largeur des pistes et des espacements dépend de plusieurs facteurs.

Cet article fournit des instructions de base pour déterminer les lignes directrices appropriées en matière de trace et space.

Contrôle d'impédance

Les ingénieurs RF et les ingénieurs en conception numérique haut débit doivent acheminer soigneusement leurs pistes (et leurs chemins de retour de signal) à travers les différentes couches de leurs cartes. Le Dr Eric Bogatin affirme souvent : « Il existe deux types d'ingénieurs en antennes : ceux qui savent concevoir des antennes, et ceux qui ne le savent pas. » Ainsi, pour réduire les réflexions et les émissions rayonnées de votre carte, vous avez besoin d'une impédance constante sur les réseaux numériques et RF haut débit.

Chaque fois qu'une piste en cuivre change de largeur, de couche ou de substrat, la vitesse de propagation change et une partie du signal est réfléchie ou rayonnée dans l'espace. Il est important que les paires différentielles et les signaux numériques haut débit asymétriques bénéficient d'une priorité de routage dès le début de la conception afin de minimiser les transitions de couche. Les pistes provenant d'autres réseaux ne doivent pas croiser ces lignes, sauf si une couche plane les sépare.

Chaque couche de votre conception possède des propriétés matérielles uniques et peut potentiellement nécessiter des exigences différentes en termes de tracé et d'espace pour obtenir une impédance constante. Si vous disposez d'une trace de 7 mil avec un espace de 14 mil sur une couche externe, il y a très peu de chances que ces mêmes valeurs s'appliquent au réseau lors de la transition vers une couche interne.

Contrôle de la température

Les ingénieurs en conception de puissance sont généralement plus préoccupés par l'incendie de leur carte que par la fermeture de leur diagramme de l'œil. La question qu'ils se posent alors est généralement : « Quelle intensité de courant puis-je faire passer par cette piste ? ». Cette réponse était initialement donnée dans la norme IPC-2221, mise à jour par la norme IPC-2152.

La norme IPC-2152 a été publiée il y a cinq ans et ne doit être utilisée qu'à titre indicatif. Tous les prototypes doivent être testés sur le terrain avant d'être produits en série. Vous trouverez ci-dessous un graphique mis à jour, à utiliser uniquement à titre indicatif.

Pour utiliser le package graphique, déterminez la température de fonctionnement maximale sûre pour votre substrat PCB, ainsi que les conditions environnementales maximales attendues de la conception et un facteur de déclassement approprié. Les maximums ne sont pas la seule considération. Les contraintes causées par des coefficients de dilatation thermique mal adaptés jouent également un rôle. Les cycles thermiques à des températures relativement basses peuvent détruire votre conception bien avant que vous n'approchiez une limite de température supérieure.

Minimums de fabrication

Chaque fois qu'une conception repousse les limites absolues de la fabrication, toutes les cartes d'un panneau ne fonctionneront pas. Le rapport entre les succès et les essais est connu sous le nom de « rendement » et le contrôle du rendement est essentiel pour maintenir le coût de votre conception à un niveau bas. Ainsi, chaque fois que vous parlez à un fabricant et que vous lui demandez quelles sont ses directives minimales absolues en matière de tracé/espace, vous devez également lui demander quelles sont ses minima « préférés ».

Conclusion

Ce ne sont là que trois facteurs qui influencent vos directives de tracé et d'espacement pour les circuits imprimés rigides. N'oubliez pas qu'il ne s'agit que de lignes directrices. Les ingénieurs sont responsables de leurs conceptions. Prenez le temps de tester votre appareil sur le terrain.