Les mils, les millimètres et le désordre des unités PCB

Pourquoi la conception de circuits imprimés pose un problème d'unité

L'industrie nord-américaine des PCB s'est développée en unités impériales. Les dimensions des forets sont exprimées en mils (millièmes de pouce). Les dimensions des coussinets sont en mils. Les normes IPC qui définissent tout, de l'anneau annulaire à l'espacement des conducteurs, ont été écrites en mils.

Le reste du monde utilise le système métrique. Les ensembles de composants sont définis en millimètres. Les contours des planches sont en millimètres. Les machines Pick-and-Place fonctionnent en millimètres.

Ainsi, chaque concepteur de circuits imprimés travaille dans les deux systèmes, convertissant constamment et se trompant de temps en temps. Une trace de 10 mil et une trace de 10 mm diffèrent d'un facteur 254. Personne ne les confond visuellement sur un tableau, mais dans un calcul ou un script, le mauvais facteur est muet.

Les conversions

Exactement :

• 1 pouce = 25,4 mm (par définition depuis 1959)
• 1 millième = 0,0254 mm = 25,4 µm
• 1 mm = 39,3701 mil

Pour une conversion mentale rapide :

• Mils en mm : divisez par 40, soustrayez 1,5 %. Bon à 0,1 % pour tout ce qui est inférieur à 500 millions.
• mm en mils : multipliez par 40, ajoutez 1,5 %.

Ou n'oubliez pas : 100 mil = 2,54 mm. Tout évolue à partir de là.

La seule constante qui mérite d'être mémorisée

1 oz/pi² de cuivre = 34,8 µm = 1,37 mil d'épaisseur.

Plus précisément : 0,0348 mm. Il s'agit du nombre qui relie le poids du cuivre (une spécification de densité surfacique) à l'épaisseur du cuivre (une dimension géométrique).

D'où il provient : une once de cuivre étalée sur un pied carré, compte tenu de la densité du cuivre de 8 960 kg/m³, donne une feuille de 34,79 µm d'épaisseur. La dérivation :

La valeur couramment utilisée de 35 µm (ou 1,4 mil) est une approximation arrondie. Pour les calculs d'impédance où l'épaisseur du cuivre est importante, qu'il s'agisse d'une ligne stripline avec du cuivre lourd ou d'un CPW avec des espaces étroits, utilisez 34,8 µm par once.

Poids courants :

Où le désordre de l'unité mord réellement

Calculs d'impédance

Largeur de trace en mils, hauteur diélectrique en mm (d'après la fiche technique du laminé), épaisseur du cuivre en oz. Trois unités différentes dans une formule. Si vous manquez une conversion, votre impédance est décalée d'un ordre de grandeur, mais le chiffre peut tout de même sembler raisonnable — 35 Ω au lieu de 50 Ω, disons — parce que la formule se comporte bien.

Convertissez toujours le tout dans un seul système avant de calculer. Les millimètres sont généralement les valeurs les plus propres, car les feuilles de données stratifiées sont métriques.

Tableaux actuels IPC-2152

Les tableaux sont exprimés en mils² pour la section transversale et en °C pour l'élévation de température. Si votre outil de conception indique la largeur des traces en mm, vous devez convertir à la fois la largeur et l'épaisseur en mils avant d'entrer dans le tableau. La superficie en mils² est la suivante :

Une trace de 0,25 mm pour 1 oz : soit 9,84 mil de large × 1,37 mil d'épaisseur = 13,5 mil². Dans le tableau IPC, cela entraîne une élévation d'environ 0,7 A à 10 °C sur une couche interne.

Tailles de perçage

Les fabricants indiquent les tailles de perçage en mils (États-Unis) ou en millimètres (Asie/Europe). Un trou de « 10 mil » correspond à 0,254 mm. Un via de « 0,2 mm » correspond à 7,87 mil. Elles sont suffisamment proches pour prêter à confusion. Si votre tableau de forage mélange des sources, revérifiez chaque entrée.

La taille du trou fini est inférieure à la taille du foret en fonction de l'épaisseur du placage de chaque côté, généralement 25 µm (1 mil) par côté, soit une réduction du diamètre total de 50 µm (2 mil).

Espacement RDC

Règles de conception dans les outils à base de fraisage : espace de 5 mil = 0,127 mm. Les outils métriques peuvent afficher 0,13 mm, ce qui correspond en fait à 5,12 mil, ce qui est techniquement différent, jamais pratiquement, mais cela entraîne de fausses violations de la RDC si le moteur compare avec une précision inférieure au micron.

Choisissez un système pour vos règles de conception et respectez-le. Ne mélangez pas.

Les microns dans les travaux adjacents aux semi-conducteurs

Tout ce qui concerne le routage au niveau des matrices, le câblage ou l'emballage au niveau des plaquettes se mesure en micromètres. La conversion en mils :

• 1 µm = 0,03937 mil
• 1 millimètre = 25,4 µm

Un fil de liaison de 25 µm est d'environ 1 mil. Une couche métallique de 5 µm correspond à 0,2 mil. Ces chiffres sont importants pour les calculs de densité de courant dans les substrats des boîtiers et les interposeurs.

Conseils pratiques

1. Réglez votre outil EDA sur métrique (mm). Les empreintes des composants sont métriques, les contours des cartes sont métriques et les dessins de fabrication sont métriques. L'héritage impérial réside dans les documents de référence, et non dans votre mise en page.
2. Conservez une constante de conversion dans vos scripts. Ne codez pas la version 25.4 en dur à douze endroits. Définissez-le une fois.
3. Indiquez les unités de manière explicite dans toute la documentation. « Largeur de trace : 6 » est ambiguë. « Largeur de trace : 6 mil » ne l'est pas. « Largeur de trace : 0,15 mm » ne l'est pas.
4. Pour l'épaisseur du cuivre, utilisez la constante exacte. 34,8 µm/oz, et non 35. L'erreur de 0,6 % se propage aux calculs d'impédance et de fusion.

Le calculateur d'unités de longueur effectue la conversion entre les quatre systèmes relatifs aux PCB (mm, mil, pouces, µm) et inclut la conversion du poids du cuivre en épaisseur.