À propos de la conception de PCB

La conception de PCB est une partie intégrante de tout projet de développement de produits électroniques. La conception de PCB utilise un outil logiciel de CAO pour créer un rendu 3D d'un PCB à partir d'un schéma 2D qui est ensuite utilisé pour fabriquer la carte. Une conception de PCB optimisée garantit que le circuit imprimé fonctionne comme souhaité et dans les spécifications attendues. Les concepteurs de PCB doivent suivre un processus spécifique qui suit les étapes de la définition mécanique, du placement critique, du placement, du routage critique, du routage, des vérifications finales des règles de conception et de la création de travaux de sortie.

• Outils logiciels de conception de PCB

De nombreux progiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) sont disponibles, certains gratuits et d'autres payants.

Altium Designer, PADs, Allegro et OrCAD sont les outils logiciels de conception de PCB les plus couramment utilisés. Pour les conceptions plus simples et les étudiants en ingénierie et les amateurs, des outils de CAO gratuits tels que Kicad et ExpressPCB. Ces outils sont limités dans la gestion de conceptions plus complexes et ont des fonctionnalités limitées en comparaison.

Les caractéristiques et les capacités des logiciels de conception de PCB peuvent varier considérablement d'un outil à l'autre. Un ingénieur ou un concepteur peut souvent choisir un outil particulier parce qu'il possède les fonctionnalités nécessaires que les autres outils n'ont pas. Les outils de conception de PCB les plus basiques offrent des fonctions et des fonctionnalités beaucoup plus basiques. Les logiciels que les entreprises doivent payer offrent plus de fonctionnalités et de capacités, telles que le routage complexe avec des règles de conception spécifiées et la simulation de signaux de routage.

Les PCB devenant de plus en plus complexes et souvent sur une empreinte beaucoup plus petite, les progiciels payants sont souvent préférés, voire requis.

• Capture de schéma

L'une des premières étapes du développement de produits électroniques est la création d'une spécification de conception. Ce document décrit les exigences de la carte et identifie les composants critiques, les vitesses de signal, les paires différentielles, etc.

Une fois la spécification terminée, la capture de schéma peut commencer. Les schémas de PCB étaient auparavant dessinés à la main et le sont parfois encore, mais la plupart des schémas sont dessinés ou "capturés" à l'aide d'un logiciel de CAO.

Un schéma de PCB est un dessin en deux dimensions qui montre quels composants se connectent à d'autres composants et fournit des instructions sur la façon de disposer les pistes sur la carte. À l'aide d'un logiciel de CAO, les symboles schématiques sont créés par l'ingénieur pour chaque composant, qui est ensuite lié à une empreinte de PCB ou à un motif de contact. Les empreintes sont créées par le concepteur de PCB et définissent les dimensions physiques de chaque composant, les emplacements des broches et s'il s'agit de SMT ou de trou traversant.

• Placement des composants

La conception de PCB consiste à prendre les schémas en deux dimensions et à créer un rendu en trois dimensions. Une fois le schéma terminé et les spécifications mécaniques telles que la taille et la forme de la carte, les contraintes et les informations de perçage ont été définies, le placement des composants est la première étape du processus de conception de PCB. Les empreintes de PCB doivent avoir toutes les informations requises saisies avant de pouvoir être placées dans la conception ; elles doivent avoir toutes les informations pertinentes définies

Avant de plonger trop profondément dans le placement des composants, il est essentiel de placer grossièrement les composants, souvent en groupes connexes, pour avoir une idée de l'endroit où ils seront situés et s'ils tiendront tous sur la carte. Il est essentiel de tenir compte de la façon dont les différents composants communiqueront et de la vitesse à laquelle les signaux doivent être maintenus. Un exercice de placement approximatif peut également aider à déterminer le nombre de couches nécessaires pour obtenir un empilage. Vient ensuite le routage critique, c'est-à-dire les pistes avec des contraintes très strictes que le concepteur de PCB ne déplacera pas plus tard. Une fois les itinéraires critiques verrouillés, un placement plus général est effectué. Le placement final doit être soigneusement examiné, car les modifications de placement après le début du routage peuvent entraîner la nécessité de déchirer et de refaire le travail.

• Routage

Le routage consiste à connecter les composants avec des pistes comme indiqué par le schéma. Pour les conceptions complexes avec de nombreuses contraintes et exigences, certains outils logiciels permettent au concepteur de saisir un ensemble de règles de conception. Si une règle est enfreinte, elle sera signalée lors d'une vérification des règles de conception. Ensuite, une liste de connexions, un fichier texte, est générée à partir du schéma. La liste de connexions contient des informations telles que les désignateurs de référence et les numéros de broches. Il montre également quels composants doivent se connecter à d'autres composants.

La première étape du routage consiste à poser les itinéraires critiques. Ce sont des itinéraires où les signaux doivent voyager à une vitesse particulière, établir la connexion dans un délai requis ou des paires différentielles. Ceux-ci seront verrouillés une fois terminés. Les itinéraires critiques sont complétés en premier, où la taille et la longueur de la piste sont cruciales. Le reste des itinéraires est ensuite posé, généralement dans l'ordre de difficulté ou de complexité. Ces pistes se déplacent souvent de haut en bas à travers les couches à travers différents types de vias. Le concepteur de PCB doit effectuer une dernière revue détaillée, et toutes les violations de DRC sont corrigées ou effacées.

• Sorties de fabrication

Une fois le processus de conception de PCB terminé et approuvé, les données de fabrication sont générées. Les fichiers Gerber sont des images utilisées pour afficher les différentes couches et seront utilisés avec un traceur photo pour la fabrication. Les autres fichiers nécessaires à la fabrication sont la sérigraphie, le masque de soudure et le perçage et le routage NC.

Pour l'assemblage, un autre ensemble de fichiers est utilisé pour programmer les différentes machines impliquées dans le processus. Ceux-ci incluent une nomenclature (BOM), afin que les composants puissent être approvisionnés et achetés, un fichier de prise et de placement utilisé pour programmer la machine de prise et de placement, et la liste de connexions pour les tests fonctionnels et l'inspection.