Des circuits prototypes sur planches à pain à la conception des nôtres circuit imprimé (PCBS), it was like getting off the training wheels. There’s a lot to learn about this process, so let’s get started. PCB design is carried out in an electrical engineering (EE) process. EE crée le « cerveau » du fonctionnement des appareils. Without electronics, you’re left with little more than a pile of metal and plastic.

Choses à savoir avant de commencer la conception de PCB : 1. Taille de PCB – cela dépend de la taille de votre produit (ou de la taille du boîtier). Les dimensions du produit sont définies au cours du processus de conception de l’ingénierie électronique. You can watch a video about it here. 2. Couches de PCB – Plus il y a de couches, plus la FABRICATION de PCB est complexe. (Remarque : même un PCB monocouche peut être un PCB complexe, mais nous parlons ici de la complexité de la fabrication d’un PCB. Plus un PCB a de couches, plus sa fabrication est chère.)

La couche 2 est généralement utilisée pour les produits de jouets simples

Les produits liés à Iot ont généralement 4 couches

Typically used for floors 6 to 8 of a smartphone or smartwatch.

3. Les exigences de votre fabricant de PCB. Be sure to read the guidelines for rhythm, trace size, power isolation, and file naming before you start designing.

Informations que vous devez fournir aux fabricants de PCB :

Nombre de couches (par exemple 2, 4, 6, etc.)

Matériaux (FR-2 (papier coton phénolique), FR-3 (papier coton et époxy), FR-4 (fibre de verre et époxy… etc.)

Épaisseur (0.5 mm, 1.0 mm… etc.)

Couleur (rouge, noir, vert… etc.)

Traitement de surface (ENIG (immersion chimique nickel/or), DIG (immersion directe dans l’or), OSP (conservateurs organiques soudables, etc.)

Poids de cuivre (1 oz (35 microns), 2 oz (70 microns), 0.5 oz (18 microns)… etc.)

Fichier Gerber

Processus de conception de PCB :

Conception de circuits

For this step, you need to create the schematic. Il s’agit d’un document, comme un plan directeur, qui décrit comment les composants sont liés les uns aux autres et fonctionnent ensemble. Pour créer le fichier schématique, vous aurez besoin d’un outil logiciel. Nous aimons Quadcept car il est optimisé pour la conception de PCB pour la fabrication (par exemple, vous pouvez exporter une nomenclature (BoM) directement à partir de l’outil) et est basé sur le cloud, il peut donc être facilement utilisé n’importe où. (Ils proposent également une version communautaire gratuite de l’outil pour les fabricants et les étudiants.)

Vous avez le choix entre de nombreuses autres options :

Altium

ExpressPCB

Dispositif de fréquence

KiCad

Cadence allegro

tapis

Conception assistée par ordinateur

DipTrace

Après avoir installé les outils sélectionnés, vous devez obtenir les spécifications des composants pour chaque composant sélectionné. They can often be found on the supplier’s website. Le fichier modèle vous aidera à dessiner le schéma. Ce composant devient disponible dans la base de données lorsque vous téléchargez le modèle dans l’outil logiciel. Ensuite, tout ce que vous avez à faire est de suivre le manuel de données et de connecter le fil à chaque broche du composant. (Remarque : les détails du processus de conception dépendront de l’outil logiciel choisi).

Chaque symbole schématique doit avoir une zone d’espace PCB associée pour définir les dimensions physiques du composant et l’emplacement des trous traversants sur la pastille de brasage ou le PCB. You should have selected the components (or are now selecting them), and we describe this process in the EE Design Process video (see video).

Exemple de schéma

Un bon schéma est vraiment important, car il sera utilisé comme document de référence lors du débogage et constitue un bon outil de communication avec les autres ingénieurs. De plus, le fabricant peut tester l’appareil via les points de test sur ce document.

Disposition PCB + fichier Gerber

To design the PCB layout and create Gerber files, you can use the same software tools we mentioned in circuit design. Contrairement à un schéma, une disposition de PCB attribue les composants réels à des emplacements exacts sur le PCB et montre les pistes qui relient chaque composant entre les couches de PCB. Comme mentionné au début de cet article, plus il y a de couches, plus la fabrication requise est complexe et plus le coût est élevé.

Divide the PCB into logical parts based on functions (e.g. power supply, audio output, etc.). Ensuite, assurez-vous de regrouper les composants de chaque section dans la même zone. De cette façon, vous pouvez garder la trace conductrice courte et réduire le bruit et les interférences.

L’interface utilisateur (UI) doit également être prise en compte lors de la conception d’un PCB. Les composants tels que les prises audio, les connecteurs, les voyants, etc. doivent être ajustés pour obtenir la meilleure expérience utilisateur.

Une fois la mise en page conçue, un fichier Gerber est généré. Votre fabricant de PCBA utilisera ce fichier. Il existe de nombreuses entreprises qui offrent ces services, et parmi la bibliothèque d’experts de HWTrek, nous recommandons Kingbrother, NexPCB et HQPCB.

Sample Gerber files

Le placement des composants sur le PCB est très important. Certains composants peuvent interférer les uns avec les autres et provoquer un comportement inattendu. Par exemple, si vous avez à la fois des modules Bluetooth et Wi-Fi, ils ont la même bande passante de 2.4 GHz et peuvent interférer les uns avec les autres s’ils sont mal placés.

Production de PCB

Lorsque vous envoyez le fichier Gerber au fabricant du PCB, il peut imprimer la carte. Ce sera la base pour continuer à jeter les bases de l’ajout de composants au PCB et de la fabrication du PCBA (assemblage de cartes de circuits imprimés).

PCB non assemblés

PCBA (Assemblage)

Préparation du matériel

À ce stade de votre conception EE, vous devriez avoir sélectionné les composants. Vous pouvez demander au fabricant de PCBA de commander les composants requis pour vous, ou le faire vous-même si vous choisissez un fournisseur. Questions nécessitant une attention particulière:

Délai de livraison : Comme ces composants proviennent de différents fournisseurs, gardez à l’esprit le délai de livraison. Pour certains composants, cela peut prendre jusqu’à 8-16 semaines.

Emballage : Commandez des composants à partir de bobines qui sont automatiquement récupérées par les machines SMT au lieu de les emballer individuellement.

Quantité minimum de commande : Vérifiez la quantité minimum de commande du composant. Si vous achetez moins que le minimum, assurez-vous que les composants sélectionnés sont en stock. For small batches (up to 50), you can order online from DigiKey or Mouser. Pour plus de quantités, veuillez demander conseil à votre fabricant.

Perte : commandez 10 % de plus pour couvrir la perte (pas pour les composants coûteux)

Installer des composants sur le PCB

Il existe deux manières principales de placer des composants sur une surface de PCB :

Through-holes (through-holes) are manual methods of assembling assemblies with wires into holes on the surface of a PCB. Il est également communément appelé DIP ou processus d’emballage en ligne double. (Voir SMT en cours dans cette vidéo)

SMT (technologie de montage en surface) est la méthode la plus largement utilisée dans la production de masse. Il est effectué par des machines SMT rapides et précises qui vous font gagner du temps, de l’argent et évitent les erreurs humaines.

Choses dont il faut se rappeler:

Votre numéro de type de composant ne doit pas dépasser le nombre de bobines que la machine CMS du fabricant peut prendre en charge.

Optimisez et consolidez vos composants pour qu’un seul SMT s’exécute.

Vérifiez les tailles de coussin d’empreinte prises en charge par le fabricant. Sinon, la machine SMT n’installera pas correctement les composants.

Certains composants plus gros ne peuvent pas être installés à la machine et nécessitent toujours un travail manuel de trou traversant. Par conséquent, les deux technologies peuvent être utilisées sur la même carte.

Tous les composants que vous devez ajouter manuellement via la méthode des trous traversants augmentent le coût de fabrication.

Soudage par refusion

La soudure par refusion est le processus consistant à faire « coller » les composants au PCB. Le PCBA chauffe le circuit imprimé à travers un four de refusion ou une lampe infrarouge jusqu’à ce que la soudure fonde, fixant ainsi de façon permanente le composant au circuit imprimé.

Le plus délicat ici est de ne pas surchauffer ou endommager les composants, car les caractéristiques thermiques de chaque boîtier sont différentes. Un fabricant fiable de PCBA sera responsable de ce processus, et tout ce que vous avez à faire est de leur fournir les spécifications des composants.

Processus de reflux.

Autres méthodes de soudage :

Le soudage à la vague est principalement utilisé pour les composants ajoutés manuellement par la méthode des trous traversants. Dans ce cas, votre PCBA passera d’abord par le four de soudage par refusion, puis ajoutera manuellement d’autres composants après avoir traversé la machine à souder à la vague.

Le soudage au fer peut être utilisé pour des situations spécifiques, mais pas pour la production de masse.

Essais et contrôle qualité

Dans cette étape, les échantillons de PCBA sont testés pour garantir la qualité. Les erreurs courantes sont : les courts-circuits dans les composants déconnectés, les composants mal alignés et les parties du circuit qui ne doivent pas être connectées. Les tests les plus courants:

TIC (test en ligne). When designing a PCB, some test points are usually reserved for debugging, programming, and other purposes. La machine ICT utilisera ces points de test pour les tests de circuit ouvert/court-circuit et vérifiera que les valeurs des composants passifs (résistances, inductances, condensateurs) se situent dans la plage des spécifications.

AOI (inspection optique automatique). Manufacturers use a “gold sample” (reference PCBA) to compare with other samples. Pour ce test, le créateur du matériel devra fournir des spécifications et des tolérances au fabricant pour définir les paramètres.

Rayon X. Le fabricant de PCBA utilisera les rayons X pour vérifier les conditions de soudage des composants BGA (ball Grid Array). Regardez le test aux rayons X dans cette vidéo.