Circuit imprimé (PCB) se trouvent dans presque tous les types d’appareils électroniques. S’il y a des composants électroniques dans un équipement, ils sont également intégrés dans différentes tailles de PCB. En plus de fixer diverses petites pièces, la fonction principale du PCB est de fournir des connexions électriques entre les composants. À mesure que les équipements électroniques deviennent de plus en plus complexes, de plus en plus de pièces sont nécessaires, et le câblage et les pièces sur le PCB deviennent de plus en plus denses. Un PCB standard ressemble à ceci. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

Le substrat du panneau lui-même est constitué d’un matériau isolé et résistant à la flexion. Le petit matériau de ligne que l’on peut voir à la surface est une feuille de cuivre. À l’origine, la feuille de cuivre est recouverte sur toute la carte, la partie médiane est gravée au cours du processus de fabrication et la partie restante devient un réseau de petites lignes. Ces lignes sont appelées conducteurs ou conducteurs et sont utilisées pour fournir des connexions électriques aux pièces du circuit imprimé.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. Sur un PCB de base, les pièces sont concentrées d’un côté et les fils sont concentrés de l’autre. Nous devons donc faire des trous dans la carte pour que les broches puissent traverser la carte de l’autre côté, de sorte que les broches des pièces soient soudées de l’autre côté. Pour cette raison, les faces avant et arrière d’un PCB sont respectivement appelées côté composant et côté soudure.

S’il y a des pièces sur le PCB qui peuvent être retirées ou remises en place après la fabrication, Socket sera utilisé pour installer les pièces. Parce que la douille est directement soudée à la carte, les pièces peuvent être arbitrairement démontées. Une prise ZIF (Zero InserTIon Force) permet d’insérer et de retirer facilement les pièces. Le levier à côté de la prise peut maintenir les pièces en place après les avoir insérées.

Pour connecter deux PCB l’un à l’autre, un connecteur de bord est couramment utilisé. Le doigt d’or contient un certain nombre de pastilles de cuivre nu qui font en fait partie du câblage PCB. Normalement, pour se connecter, nous insérons le doigt d’or sur un PCB dans le slot approprié (communément appelé slot d’extension) sur l’autre PCB. Dans les ordinateurs, les cartes d’affichage, les cartes son et les cartes d’interface similaires sont connectées à la carte mère au moyen d’un doigt en or.

La couleur verte ou brune sur le PCB est la couleur du masque de soudure. Cette couche est un blindage isolant qui protège le fil de cuivre et empêche les pièces d’être soudées au mauvais endroit. Une autre sérigraphie sera imprimée sur la couche de résistance de soudure. Il est généralement imprimé avec des mots et des symboles (principalement blancs) pour indiquer la position des pièces sur le tableau. La surface de sérigraphie est également connue sous le nom de surface d’icône

Légende).

Tableaux simple face

Comme nous l’avons mentionné, sur un PCB de base, les pièces sont concentrées d’un côté et les fils sont concentrés de l’autre. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Parce que les panneaux simples avaient de nombreuses restrictions strictes sur la conception du circuit (parce qu’il n’y avait qu’un seul côté, le câblage ne pouvait pas se croiser et devait emprunter un chemin séparé), seuls les premiers circuits utilisaient de telles cartes.

Tableaux recto-verso

Le circuit imprimé a un câblage des deux côtés. Mais pour utiliser les deux fils, il doit y avoir des connexions électriques appropriées entre les deux côtés. Ce « pont » entre les circuits s’appelle un trou de guidage (VIA). Les trous de guidage sont de petits trous dans le PCB remplis ou recouverts de métal qui peuvent être connectés aux fils des deux côtés. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

Panneaux multicouches

Afin d’augmenter la surface pouvant être câblée, davantage de cartes de câblage simple ou double face sont utilisées. Le panneau multicouche utilise plusieurs panneaux doubles, et une couche d’isolant est placée entre chaque panneau et collée (pressée). Le nombre de couches de la carte représente plusieurs couches de câblage indépendantes, généralement un nombre pair de couches, y compris les deux couches les plus externes. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. La plupart des gros supercalculateurs utilisent plusieurs couches de cartes mères, mais ils sont devenus obsolètes car ils peuvent être remplacés par des grappes d’ordinateurs ordinaires. Parce que les couches d’un PCB sont si étroitement intégrées, il n’est pas toujours facile de voir le nombre réel, mais si vous regardez de près la carte mère, vous pourrez peut-être le faire.

Le trou de guidage (VIA) que nous venons de mentionner, s’il est appliqué à un panneau double, doit traverser toute la planche

Mais dans un multicouche, si vous ne souhaitez connecter que certaines des lignes, les trous de guidage peuvent gaspiller une partie de l’espace de ligne dans les autres couches. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. Les trous enterrés ne sont connectés qu’au PCB interne, de sorte que la lumière n’est pas visible depuis la surface.

Dans un PCB multicouche, toute la couche est directement connectée au fil de terre et à l’alimentation. So we classify the layers as Signal, Power or Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Technologie d’emballage de pièces

Technologie de trou traversant

La technique consistant à placer des pièces d’un côté de la carte et à souder les broches de l’autre côté est appelée encapsulation «Through Hole Technology (THT)». Cette pièce prend beaucoup de place et un trou est percé pour chaque goupille. Leurs joints prennent donc de la place des deux côtés et les joints de soudure sont relativement gros. En revanche, les pièces THT sont mieux connectées au PCB que les pièces SMT (Surface Mounted Technology), dont nous parlerons plus tard. Les prises comme les prises filaires et les interfaces similaires doivent être résistantes à la pression, ce sont donc généralement des boîtiers THT.

Technologie montée en surface

Pour les pièces de technologie de montage en surface (SMT), la goupille est soudée du même côté avec les pièces. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Les pièces adhésives de surface peuvent même être soudées des deux côtés.

SMT a également des pièces plus petites que THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. Les pièces du boîtier SMT sont également moins chères que celles du THT. Il n’est donc pas surprenant que la plupart des PCB d’aujourd’hui soient SMT.

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

Dans la conception de circuits imprimés, il y a en fait de très longues étapes à franchir avant le câblage formel. Voici le processus de conception principal :

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. Il couvre la fonctionnalité du système, les contraintes de coût, la taille, le fonctionnement, etc.

System function block diagram

L’étape suivante consiste à créer un schéma fonctionnel du système. La relation entre les carrés doit également être marquée.

Divisez le système en plusieurs PCB

La division du système en plusieurs PCBS réduit non seulement la taille, mais donne également au système la possibilité de mettre à niveau et d’échanger des pièces. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

Déterminer la méthode d’emballage à utiliser et la taille de chaque PCB

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. La qualité et la rapidité du schéma de circuit doivent également être prises en considération lors du choix de la technologie.

Dessinez des schémas de circuits de tous les PCB

Les détails des interconnexions entre les pièces doivent être indiqués sur le croquis. Les PCB dans tous les systèmes doivent être décrits, et la plupart d’entre eux utilisent actuellement la CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Schéma de principe du circuit PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Un tel logiciel peut lire des plans et montrer comment le circuit fonctionne de plusieurs manières. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

La façon dont les pièces sont placées dépend de la façon dont elles sont connectées les unes aux autres. Ils doivent être connectés au chemin de la manière la plus efficace. Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Testez les possibilités de câblage avec un fonctionnement correct à grande vitesse

Certains logiciels informatiques d’aujourd’hui peuvent vérifier si le placement de chaque composant peut être correctement connecté, ou vérifier s’il peut fonctionner correctement à grande vitesse. Cette étape s’appelle organiser les pièces, mais nous n’irons pas trop loin dans ce domaine. S’il y a un problème avec la conception du circuit, les pièces peuvent également être réorganisées avant que le circuit ne soit exporté sur le terrain.

Circuit d’exportation sur PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Cette étape est généralement entièrement automatisée, bien que des modifications manuelles soient généralement nécessaires. Below is the wire template for 2 laminates. Les lignes rouges et bleues représentent respectivement la couche de pièces PCB et la couche de soudure. Le texte blanc et les carrés représentent les marquages ​​sur la surface de sérigraphie. Les points rouges et les cercles représentent les trous de perçage et de guidage. On the far right we can see the gold finger on the welding surface of the PCB. La composition finale de ce PCB est souvent appelée l’œuvre d’art.

Chaque conception doit être conforme à un ensemble de règles, telles que les espaces réservés minimum entre les lignes, les largeurs de ligne minimales et d’autres limitations pratiques similaires. Ces spécifications varient en fonction de la vitesse du circuit, de la force du signal à transmettre, de la sensibilité du circuit à la consommation électrique et au bruit, et la qualité du matériel et des équipements de fabrication. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. Afin de réduire les coûts des PCB, tout en réduisant le nombre de couches, il est également nécessaire de veiller à ce que ces réglementations soient toujours respectées. Si plus de 2 couches sont nécessaires, la couche d’alimentation et la couche de masse sont généralement utilisées pour éviter que le signal de transmission sur la couche de signal ne soit affecté et peuvent être utilisées comme blindage de la couche de signal.

Fil après test de circuit

Afin d’être sûr que la ligne fonctionne correctement derrière le fil, elle doit réussir le test final. Ce test vérifie également les connexions incorrectes, et toutes les connexions suivent le schéma de principe.

Établir et classer

Parce qu’il existe actuellement de nombreux outils de CAO pour la conception de PCBS, les fabricants doivent avoir un profil conforme aux normes avant de pouvoir fabriquer des cartes. Il existe plusieurs spécifications standard, mais la plus courante est la spécification Gerber Files. Un ensemble de fichiers Gerber comprend un plan de chaque couche de signal, d’alimentation et de masse, un plan de la couche de résistance de soudure et de la surface de sérigraphie, et des fichiers spécifiés de perçage et de déplacement.

Electromagnetic compatibility problem

Les appareils électroniques qui ne sont pas conçus selon les spécifications CEM sont susceptibles d’émettre de l’énergie électromagnétique et d’interférer avec les appareils à proximité. La CEM impose des limites maximales aux interférences électromagnétiques (EMI), aux champs électromagnétiques (EMF) et aux interférences radioélectriques (RFI). Cette régulation peut assurer le fonctionnement normal de l’appareil et des autres appareils à proximité. EMC impose des limites strictes à la quantité d’énergie pouvant être dispersée ou transmise d’un appareil à un autre, et est conçue pour réduire la sensibilité aux CEM externes, EMI, RFI, etc. En d’autres termes, le but de cette réglementation est d’empêcher l’énergie électromagnétique d’entrer ou d’émaner de l’appareil. C’est un problème très difficile à résoudre, et est généralement résolu en utilisant des couches d’alimentation et de mise à la terre, ou en plaçant des PCB dans des boîtiers métalliques. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. Nous n’irons pas trop loin dans ces questions.

La vitesse maximale du circuit dépend de la conformité CEM. Les interférences électromagnétiques internes, telles que la perte de courant entre les conducteurs, augmentent à mesure que la fréquence augmente. Si la différence de courant entre les deux est trop grande, assurez-vous d’allonger la distance entre eux. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Le taux de retard dans le câblage est également important, donc plus la longueur est courte, mieux c’est. Ainsi, un petit PCB avec un bon câblage fonctionnera mieux à haute vitesse qu’un gros PCB.