La conception du circuit imprimé est une étape clé de la fabrication des cartes de circuits imprimés. Un circuit imprimé bien pensé permet de maîtriser les coûts de production et d'assurer une fiabilité élevée. À l'inverse, un circuit imprimé mal conçu ne permet pas de garantir la fabricabilité, limitant ainsi ses fonctionnalités, voire entraînant divers problèmes, tels que des pannes de circuit, augmentant ainsi les coûts de fabrication et retardant la production. De nos jours, les exigences en matière de composants électroniques sont de plus en plus élevées, et les circuits imprimés utilisés sont de plus en plus complexes et compacts. Un petit circuit imprimé doit remplir de multiples fonctions, ce qui complique indéniablement la conception de circuits imprimés. De nombreux aspects sont à prendre en compte lors de la conception. Dans cet article, nous avons expliqué le processus de conception, répertorié les aspects les plus critiques à prendre en compte et identifié les problèmes courants à éviter. Poursuivons notre lecture.
Quelles sont les étapes de la conception d'un circuit imprimé ?
La création d'un circuit imprimé fonctionnel (PCB) nécessite une planification et une exécution minutieuses, réparties en plusieurs phases. Il s'agit d'un travail collaboratif entre ingénieurs électriciens, ingénieurs mécaniciens, concepteurs de PCB et fabricants. Voici un aperçu plus détaillé du processus de conception de PCB de bout en bout :
- Développer le schéma.
Le schéma représente conceptuellement le circuit électronique, en cartographiant les composants du circuit imprimé (résistances, condensateurs, circuits intégrés) et leurs interconnexions, sans tenir compte de leur disposition physique. Un logiciel de numérisation de schémas est utilisé pour la conception de circuits imprimés.
- Sélectionnez l'empilement de cartes.
Cela fait référence à la stratification et à la composition du circuit imprimé lui-même. Des facteurs tels que le nombre de couches, les matériaux diélectriques, l'épaisseur du cuivre et la largeur des pistes influencent des paramètres tels que l'impédance, qui affecte l'intégrité du signal. L'empilement doit être compatible avec les besoins de performance du circuit.
- Décrire les règles de conception et les exigences de fabrication.
La fabrication de circuits imprimés est soumise à des normes strictes définies par des organismes tels que l'IPC . Ces normes concernent notamment l'espacement minimal des pistes, la taille des trous, le masquage et bien plus encore. Collaborer avec un partenaire maîtrisant parfaitement ces spécifications permet d'éviter les erreurs et les défauts de fabrication.
- Organiser les composants et les empreintes.
En se basant sur le schéma, la conception du circuit imprimé commence par le placement des empreintes des composants et l'attribution de repères. Les consignes de placement permettent de minimiser le bruit et les interférences électriques. Les fiches techniques des composants fournissent les détails nécessaires au positionnement et à l'orientation.
- Inclure des trous de perçage pour les vias et les broches.
Les vias assurent les interconnexions verticales entre les couches. De nombreux circuits flexibles double face nécessitent des trous métallisés. Les dimensions et l'emplacement des trous sont spécifiés.
- Connectez les traces pour les conducteurs.
Les pistes sont les lignes de cuivre qui forment les voies conductrices entre les différents composants selon le schéma. Les outils de routage automatique facilitent cette tâche, mais un routage manuel est souvent nécessaire.
- Intégrez des points de test, des étiquettes et des marquages.
Les points de test facilitent les tests et le dépannage. Les identifiants, les marquages de polarité, les numéros de version et autres informations textuelles sont ajoutés, généralement par sérigraphie ou gravure.
- Vérifier les règles de conception et générer des fichiers de fabrication.
La configuration finale du circuit imprimé est soumise à des contrôles finaux pour détecter toute violation des règles de conception. Les fichiers de fabrication et d'assemblage, contenant toutes les données nécessaires à la fabrication du circuit imprimé, sont ensuite générés.
Une fois la conception entièrement définie, le circuit imprimé passe à l'étape de fabrication, où le plan électronique est transformé en une carte physique prête à accueillir les composants. L'ensemble du processus nécessite une étroite collaboration entre de nombreuses disciplines.
Considérations clés sur la conception de la disposition des circuits imprimés
La taille et la forme du panneau nu
Le premier élément à considérer lors de la conception d'un circuit imprimé est la taille, la forme et le nombre de couches de la carte nue. La taille de cette dernière est souvent déterminée par celle du produit électronique final, et la surface disponible conditionne l'intégration de tous les composants électroniques nécessaires. En cas d'espace insuffisant, une conception multicouche ou HDI peut être envisagée . Il est donc crucial d'estimer la taille de la carte avant de commencer la conception. Le deuxième élément est la forme du circuit imprimé. Dans la plupart des cas, il s'agit de cartes rectangulaires, mais certains produits nécessitent des cartes de forme irrégulière, ce qui influe également sur le placement des composants. Enfin, le nombre de couches est un facteur déterminant. Si une carte multicouche permet de réaliser des conceptions plus complexes et d'offrir davantage de fonctionnalités, l'ajout d'une couche supplémentaire augmente le coût de production ; il est donc essentiel de définir le nombre de couches dès les premières étapes de la conception.
Processus de manufacture
Le processus de fabrication du circuit imprimé est un autre élément important à prendre en compte. Différentes méthodes de fabrication induisent différentes contraintes de conception, notamment la méthode d'assemblage, qui doit également être considérée. Différentes technologies d'assemblage, telles que le CMS et le THT, nécessiteront une conception différente du circuit imprimé. Le plus important est de confirmer auprès du fabricant qu'il est capable de produire le circuit imprimé dont vous avez besoin et qu'il possède les compétences et l'expertise nécessaires pour mettre en œuvre votre conception.
Matériaux et composants
Lors de la conception, il est essentiel de prendre en compte les matériaux utilisés et la disponibilité des composants sur le marché. Certaines pièces sont difficiles à trouver, ce qui peut s'avérer long et coûteux. Il est donc recommandé d'utiliser des composants plus courants. Par conséquent, le concepteur de circuits imprimés doit posséder une solide expérience et une connaissance approfondie de l'ensemble du secteur de l'assemblage de circuits imprimés. MOKO dispose d'une équipe professionnelle spécialisée dans la conception de circuits imprimés et l'approvisionnement en composants. Notre expertise et notre chaîne d'approvisionnement complète nous permettent de sélectionner les matériaux et composants les plus adaptés aux projets de nos clients et de leur fournir une conception de circuit imprimé fiable, respectant leur budget. Pour en savoir plus sur les matériaux pour circuits imprimés, consultez notre blog : https://www.mokotechnology.com/pcb-material/
Placement des composants
La conception d'un circuit imprimé doit tenir compte de l'ordre de placement des composants. Une organisation judicieuse du positionnement des composants permet de réduire les étapes d'assemblage, d'améliorer l'efficacité et de réduire les coûts. Nous recommandons de placer les connecteurs, les circuits d'alimentation, les circuits de précision, les circuits critiques et enfin le reste des composants. De plus, il est important de noter qu'une dissipation thermique excessive du circuit imprimé peut dégrader les performances. Lors de la conception du circuit imprimé, déterminez les composants qui dissipent le plus de chaleur, éloignez les composants critiques des composants à forte chaleur et envisagez l'ajout de dissipateurs thermiques et de ventilateurs pour réduire leur température. Si plusieurs composants génèrent de la chaleur, ils doivent être répartis à différents endroits et ne peuvent pas être concentrés en un seul. Par ailleurs, l'orientation des composants est également importante. En général, il est recommandé de placer les composants similaires dans le même sens, ce qui améliore l'efficacité du soudage et réduit les erreurs. Il est important de noter que les pièces ne doivent pas être placées côté soudure du circuit imprimé, mais derrière les pièces métallisées traversantes.
Plans de puissance et de masse
Les plans de masse et d'alimentation doivent toujours être intégrés à la carte et centrés et symétriques, ce qui constitue une règle de base pour la conception d'un circuit imprimé. Cette conception permet d'éviter toute flexion du circuit imprimé, susceptible de déplacer les composants. Un positionnement judicieux des masses d'alimentation et de commande peut réduire les interférences de haute tension dans le circuit. Il est nécessaire de séparer autant que possible les plans de masse de chaque étage de puissance et, si cela est inévitable, de les placer au moins à l'extrémité du chemin d'alimentation.
Intégrité du signal et problèmes RF
La qualité de la conception du circuit imprimé détermine également l'intégrité du signal du circuit imprimé et son exposition aux interférences électromagnétiques et autres problèmes. Pour éviter les problèmes de signal, évitez de placer des pistes parallèles, car des pistes parallèles engendreraient davantage de diaphonie et engendreraient divers problèmes. Si les pistes doivent se croiser, elles doivent être perpendiculaires, ce qui réduit la capacité et l'inductance mutuelle entre les lignes. De plus, si des composants à forte génération électromagnétique ne sont pas nécessaires, il est recommandé d'utiliser des composants semi-conducteurs à faible rayonnement électromagnétique, ce qui contribue également à l'intégrité du signal.
Erreurs courantes à éviter dans la conception de la configuration des circuits imprimés
Ignorer la coopération avec les fabricants
Il est souvent admis à tort que de nombreux ingénieurs pensent qu'il est acceptable de transmettre les fichiers de conception au fabricant avant de lancer la fabrication. En réalité, il est préférable de les partager avec le fabricant dès la conception de la première ébauche du circuit imprimé. Forts de leur riche expérience en fabrication, ils examineront la conception du circuit imprimé et identifieront les problèmes que vous ne pouvez pas identifier, afin de garantir la fabricabilité du design.
Trop près du bord
Les composants ne doivent pas être trop proches du bord du circuit imprimé et doivent être maintenus à une distance appropriée, sinon ils risquent de se briser. Les fabricants expérimentés peuvent souvent identifier ce problème lorsqu'ils reçoivent les fichiers de conception et demandent aux ingénieurs d'apporter des modifications, par exemple en plaçant un tracé autour du bord pour éviter le danger caché.
Ignorer la vérification de la conception du circuit imprimé
Si la conception d'un circuit imprimé (PCB) vous demande beaucoup de temps et d'énergie, et que vous êtes impatient de lancer la production, vous commettez une erreur. La vérification de la conception est cruciale et ne doit pas être négligée, sous peine de graves problèmes. Imaginez découvrir un défaut une fois la production lancée : une perte de temps considérable et des pertes économiques importantes. Il est donc indispensable de vérifier la conception à plusieurs reprises afin de garantir l'absence d'erreurs avant la mise en production. Nous recommandons d'effectuer une vérification des règles électriques (ERC) et une vérification des règles de conception. Ces deux systèmes permettent de s'assurer de la conformité des conceptions aux exigences de fabrication courantes, aux exigences électriques haute vitesse, etc., et d'identifier et de corriger rapidement les problèmes potentiels.
Complique la conception des circuits imprimés
Certaines conceptions complexes doivent être évitées autant que possible, sauf si elles sont indispensables. Dans le cas contraire, leur fabrication sera plus longue et plus coûteuse. Par exemple, des pièces sous-dimensionnées compliqueront la production. Si la carte dispose de suffisamment d'espace pour accueillir des composants plus volumineux, il est préférable de privilégier des composants de grande taille, plus adaptés à la fabricabilité du produit. En résumé, il est préférable de consacrer plus de temps à la conception afin de simplifier l'agencement et de répondre aux exigences fonctionnelles, ce qui contribuera à améliorer la vitesse et la qualité de production.
Faites équipe avec un fournisseur de PCB clé en main
En résumé, la conception de circuits imprimés n'est pas une tâche facile. Si vous n'êtes pas expert en la matière, vous pouvez faire appel à un fournisseur de circuits imprimés clés en main. Outre la fabrication, ils sont également spécialisés dans la conception et l'ingénierie de circuits imprimés.
MOKO Technology propose des solutions complètes pour vos circuits imprimés, de la conception à la production, en passant par l'assemblage et les tests. Notre équipe d'ingénieurs expérimentés cumule plus de dix ans d'expérience dans le secteur et conçoit et fabrique des circuits imprimés pour des clients issus de divers secteurs. Vous avez des doutes quant à la qualité de votre conception ? Contactez-nous : nos experts l'évalueront et vous proposeront des solutions adaptées à la fabrication. Vous pouvez également nous confier la conception de vos circuits imprimés : nous transformerons votre idée en produit dans les meilleurs délais.
