Top 5 des règles que tout concepteur de circuits imprimés se doit de connaître
Qu'est-ce qui permet de concevoir une carte qui soit réaliste en théorie comme en pratique ? Intéressons-nous aux 5 règles de conceptions à connaître pour concevoir un circuit imprimé fiable, fonctionnel et fabricable.
Le Top 5 des règles que tout concepteur de circuits imprimés se doit de connaître
Il est facile de n'accorder qu'une place secondaire à la conception du circuit imprimé lorsque vous commencez un nouveau projet, quand une majeure partie de votre temps est consacrée à la conception du circuit et au choix des composants. Mais au bout du compte, en ne consacrant pas suffisamment de temps et d'efforts ciblés à la conception de votre circuit imprimé, le passage de la modélisation à la réalité pourrait être catastrophique et votre produit s'avérer compliqué à produire pour votre fabricant. Dans ces conditions, qu'est-ce qui permet de concevoir une carte qui soit aussi bien réaliste en théorie qu'en pratique ? Intéressons-nous aux 5 règles de conceptions à connaître pour concevoir un circuit imprimé fiable, fonctionnel et fabricable.
#1 – Ajuster le placement de vos composants
L'étape consistant à placer les composants lors du routage est à la fois une science et un art. Elle nécessite une réflexion stratégique quant à la précieuse surface disponible sur votre carte. Cette opération peut s'avérer difficile, mais la façon dont vous positionnez les composants déterminera avec quelle facilité votre carte pourra être produite ainsi que la mesure dans laquelle elle répondra à vos exigences initiales.
Il existe une règle générale consistant à positionner les composants dans l'ordre de base suivant : connecteurs, circuits d'alimentation, circuits de précision, circuits critiques, etc. Cependant, il existe également de nombreuses règles particulières à ne pas oublier, notamment :
- L'orientation. Veillez à ce que les composants similaires soient orientés dans la même direction car cela permettra un soudage efficace et sans erreur.
- Le positionnement. Évitez de placer des composants sur le côté soudure de la carte qui contient des composants traversants.
- L'organisation. Il est conseillé de positionner tous les composants montés en surface (SMT) sur le même côté de la carte et de positionner tous les composants traversants (TH) sur la partie supérieure de la carte afin réduire au minimum le nombre d'étapes d'assemblage.
Une dernière règle de conception de circuits imprimés à garder à l'esprit : il se peut qu'en cas d'utilisation de composants à technologie mixte (composants traversants et montés en surface), les fabricants aient besoin d'effectuer une opération supplémentaire pour assembler votre carte, ce qui alourdira le budget final.
#2 – Router les pistes d'alimentation, de masse et de signaux
Une fois les composants bien en place, il est désormais temps de tracer les pistes d'alimentation, de masse et de signaux afin de vous assurer que les signaux empruntent un chemin libre et sans encombre. Voici quelques règles à garder en tête lors de cette étape de routage :
Orienter les plans de masse et d'alimentation
Il est recommandé que vos plans de masse et d'alimentation soient toujours à l'intérieur de votre carte tout en étant à la fois symétriques et centrés. Cela vous permettra d'empêcher que votre carte ne se plie, ce qui influera également sur le bon placement des composants. Pour alimenter vos circuits imprimés, il est recommandé d'utiliser des rampes communes pour chaque source, de veiller à ce que vos pistes soient larges et pleines, ainsi que d'éviter de connecter les lignes électriques en série de part en part.
Relier les pistes de signaux
La suite consiste à relier les pistes de signaux afin qu'elles correspondent à votre schéma. Les pistes reliant les composants devraient toujours aussi courtes et directes que possible. Si le placement des composants impose un routage horizontal des pistes sur l'un des côté de la carte, vous devrez alors toujours positionner les pistes verticalement de l'autre côté.
Définir les largeurs de réseau
Votre conception aura certainement besoin de différents nœuds qui transporteront un large éventail de tensions qui décideront de la largeur de nœud nécessaire. Dans cette optique, il est conseillé de prévoir une largeur de 0,010" pour les signaux numériques et analogiques basse tension. Les pistes supportant des tensions supérieures à 0,3 A, quant à elles, devront être plus large. Voici un Calculateur de largeur de pistes qui rendra cette opération plus facile.
#3 – Séparer les éléments
Vous avez sûrement déjà observé la façon dont une tension importante dans les circuits d'alimentation et les pics de tension pouvaient perturber les circuits de commande de courant et les circuits de basse tension. Suivez les règles ci-dessous pour réduire au minimum ces perturbations :
- Séparation. Veillez à bien séparer la masse d'alimentation et la masse de contrôle pour chaque étage d'alimentation électrique. S'il est nécessaire de les relier dans votre circuit imprimé, veillez à ce que cela se fasse vers la fin du chemin d'alimentation.
- Placement. Si vous avez placé votre plan de masse dans la couche intermédiaire, pensez à créer un petit chemin d'impédance afin de réduire le risque d'interférence des circuits d'alimentation et de protéger les signaux de contrôle. Il est possible de suivre une règle similaire pour séparer les masses analogique et numérique.
- Couplage. Essayez de faire en sorte que la masse analogique ne soit traversée que par des lignes analogiques afin de réduire le couplage capacitif dû au positionnement d'un important plan de masse et des lignes passant au-dessus et en dessous de celui-ci.
#4 – Lutter contre les problèmes de surchauffe
Avez-vous déjà observé une dégradation des performances de votre circuit, voire une détérioration de votre carte, à cause de problèmes de surchauffe ? Ce souci touche de nombreux concepteurs ne prenant pas en compte la dissipation thermique. Voici quelques règles à garder en tête pour lutter contre les problèmes de surchauffe :
Identifier les composants problématiques
La première étape consiste à déterminer quels composants de votre carte dégageront le plus de chaleur. Pour cela, commencez par trouver les indices de « résistance thermique » dans la fiche technique des composants, puis suivez les recommandations pour détourner la chaleur produite. Des dissipateurs thermiques et des ventilateurs de refroidissement peuvent évidemment être ajoutés afin de refroidir les composants. Pensez également à maintenir les composants essentiels à distance de toute source de forte chaleur.
Ajouter des dissipateurs thermiques
Il peut s'avérer extrêmement utile d'utiliser des freins thermiques dans l'optique de produire une carte pouvant être fabriquée à grande échelle. De plus, ceux-ci sont essentiels lors de la soudure à la vague sur les assemblages de contenus riches en cuivres et les cartes multicouche. Maintenir des températures de traitement peut s'avérer difficile. C'est pour cela qu'il est conseillé d'utiliser les freins thermiques sur les composants traversants afin de rendre le processus de soudure aussi simple que possible en ralentissant le rythme de la dissipation thermique.
En règle générale, utilisez les freins thermiques pour tous les vias et trous reliés à un plan de masse ou d'alimentation. Outre les freins thermiques, il est également possible d'ajouter des teardrops aux endroits où les pistes adhèrent aux pastilles pour offrir un support en cuivre/métal supplémentaire. Cela permettra de réduire les stress mécaniques et thermiques.
#5 – Vérifier votre travail
Il est facile de se laisser dépasser alors que la fin de votre projet de conception approche et que vous vous démenez pour assembler les pièces restantes avant la mise en production. Pourtant, vérifier plusieurs fois l'absence d'erreurs dans votre travail à ce stade peut faire la différence entre une production réussie ou ratée.
Pour vous aider dans ce processus de contrôle de la qualité, il est conseillé de toujours commencer par une vérification des règles électriques (ERC) et une vérification des règles de conception (DRC) afin de vous assurer que vous avez respecter toutes les contraintes que vous vous êtes imposées. Ces deux systèmes vous permettent de facilement appliquer les largeurs d'isolation, les largeurs de pistes, les règles dédiés fabrication, les exigences concernant un design comportant des signaux rapides et les courts-circuits.
Une fois que la ERC et la DRC génèrent un rapport sans aucune violation, il est recommandé de vérifier le routage de chaque signal et de vous assurer que vous n'avez rien manqué en passant votre schéma en revue, une connexion à la fois. Puis, bien entendu, vérifiez que le routage de votre circuit imprimé correspond à votre schéma en utilisant la fonctionnalité de masquage et de détection de votre outil de conception.
Pour résumer
Voilà, notre top 5 des règles que tout concepteur de circuits imprimés se doit de connaître. En suivant cette courte liste de recommandations, vous serez sur la bonne voie pour concevoir un circuit imprimé fonctionnel et fabricable en un rien de temps, qui, pour ne rien gâcher sera d'une grande qualité !
Appliquer de bonnes pratiques de conception de circuits imprimés est essentiel pour réussir. Ces règles de conception servent de base à l'amélioration de vos pratiques de conception.
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