Au début de la nouvelle conception, la plupart du temps était consacré à la conception des circuits et à la sélection des composants, et le PCB l’étape de l’agencement et du câblage n’a souvent pas été prise en compte de manière exhaustive en raison du manque d’expérience. Ne pas consacrer suffisamment de temps et d’efforts à la phase de conception et de routage du PCB peut entraîner des problèmes au stade de la fabrication ou des défauts fonctionnels lorsque la conception passe du domaine numérique à la réalité physique. Alors, quelle est la clé pour concevoir une carte de circuit imprimé authentique à la fois sur papier et sous forme physique ? Explorons les cinq principales directives de conception de PCB à connaître lors de la conception d’un PCB fonctionnel et manufacturable.

1 – Affiner la disposition de vos composants

La phase de placement des composants du processus de mise en page PCB est à la fois une science et un art, nécessitant une considération stratégique des composants primaires disponibles sur la carte. Bien que ce processus puisse être difficile, la façon dont vous placez l’électronique déterminera à quel point il est facile de fabriquer votre carte et à quel point elle répond à vos exigences de conception d’origine.

Bien qu’il existe un ordre général général pour le placement des composants, tel que le placement séquentiel des connecteurs, des composants de montage de PCB, des circuits d’alimentation, des circuits de précision, des circuits critiques, etc., il existe également des directives spécifiques à garder à l’esprit, notamment :

Orientation – S’assurer que les composants similaires sont positionnés dans la même direction aidera à réaliser un processus de soudage efficace et sans erreur.

Placement – ​​Évitez de placer des composants plus petits derrière des composants plus gros où ils pourraient être affectés par le soudage de composants plus gros.

Organisation – Il est recommandé que tous les composants à montage en surface (SMT) soient placés du même côté de la carte et que tous les composants à trous traversants (TH) soient placés sur le dessus de la carte pour minimiser les étapes d’assemblage.

Une dernière directive de conception de circuits imprimés : lors de l’utilisation de composants à technologie mixte (composants traversants et à montage en surface), le fabricant peut exiger des processus supplémentaires pour assembler la carte, ce qui augmentera votre coût global.

Bonne orientation des composants de la puce (à gauche) et mauvaise orientation des composants de la puce (à droite)

Bon placement des composants (à gauche) et mauvais placement des composants (à droite)

N° 2 – Placement correct du câblage d’alimentation, de mise à la terre et de signal

Après avoir placé les composants, vous pouvez ensuite placer l’alimentation, la mise à la terre et le câblage du signal pour vous assurer que votre signal a un chemin propre et sans problème. À cette étape du processus de mise en page, gardez à l’esprit les directives suivantes :

Localisez les couches du plan d’alimentation et de mise à la terre

Il est toujours recommandé que les couches d’alimentation et de plan de masse soient placées à l’intérieur de la carte tout en étant symétriques et centrées. Cela permet d’éviter que votre circuit imprimé ne se plie, ce qui est également important si vos composants sont correctement positionnés. Pour alimenter le circuit intégré, il est recommandé d’utiliser un canal commun pour chaque alimentation, d’assurer une largeur de câblage ferme et stable et d’éviter les connexions d’alimentation en guirlande d’appareil à appareil.

Les câbles de signaux sont connectés par des câbles

Ensuite, connectez la ligne de signal conformément à la conception du schéma de principe. Il est recommandé de toujours prendre le chemin le plus court possible et le chemin direct entre les composants. Si vos composants doivent être positionnés horizontalement sans biais, il est recommandé de câbler les composants de la carte horizontalement à l’endroit où ils sortent du fil, puis de les câbler verticalement après leur sortie du fil. Cela maintiendra le composant en position horizontale pendant que la soudure migre pendant le soudage. Comme indiqué dans la moitié supérieure de la figure ci-dessous. Le câblage de signal illustré dans la partie inférieure de la figure peut entraîner une déviation des composants lorsque la soudure s’écoule pendant le soudage.

Câblage recommandé (les flèches indiquent le sens du flux de soudure)

Câblage non recommandé (les flèches indiquent le sens du flux de soudure)

Définir la largeur du réseau

Votre conception peut nécessiter différents réseaux qui transporteront divers courants, ce qui déterminera la largeur de réseau requise. Compte tenu de cette exigence de base, il est recommandé de fournir des largeurs de 0.010 “(10 mil) pour les signaux analogiques et numériques à faible courant. Lorsque votre courant de ligne dépasse 0.3 ampères, il doit être élargi. Voici un calculateur de largeur de ligne gratuit pour faciliter le processus de conversion.

Numéro trois. – Quarantaine efficace

Vous avez probablement constaté à quel point les pics de tension et de courant dans les circuits d’alimentation peuvent interférer avec vos circuits de commande de courant basse tension. Pour minimiser ces problèmes d’interférence, suivez les directives suivantes :

Isolation – Assurez-vous que chaque source d’alimentation est séparée de la source d’alimentation et de la source de commande. Si vous devez les connecter ensemble dans le PCB, assurez-vous qu’il est aussi proche que possible de la fin du chemin d’alimentation.

Disposition – Si vous avez placé un plan de masse dans la couche intermédiaire, assurez-vous de placer un petit chemin d’impédance pour réduire le risque d’interférence du circuit d’alimentation et aider à protéger votre signal de contrôle. Les mêmes directives peuvent être suivies pour garder votre numérique et votre analogique séparés.

Couplage – Pour réduire le couplage capacitif dû au placement de grands plans de masse et de câblage au-dessus et au-dessous d’eux, essayez de croiser la masse uniquement via des lignes de signaux analogiques.

Exemples d’isolation des composants (numériques et analogiques)

No.4 – Résoudre le problème de la chaleur

Avez-vous déjà subi une dégradation des performances des circuits ou même des dommages sur les circuits imprimés en raison de problèmes de chaleur ? Parce que la dissipation de chaleur n’est pas prise en compte, de nombreux problèmes ont affligé de nombreux concepteurs. Voici quelques directives à garder à l’esprit pour aider à résoudre les problèmes de dissipation thermique :

Identifier les composants problématiques

La première étape consiste à commencer à réfléchir aux composants qui dissiperont le plus de chaleur de la carte. Cela peut être fait en trouvant d’abord le niveau de « résistance thermique » dans la fiche technique du composant, puis en suivant les directives suggérées pour transférer la chaleur générée. Bien sûr, vous pouvez ajouter des radiateurs et des ventilateurs de refroidissement pour garder les composants au frais, et n’oubliez pas de garder les composants critiques à l’écart de toute source de chaleur élevée.

Ajouter des coussins d’air chaud

L’ajout de tampons à air chaud est très utile pour les circuits imprimés préfabriqués, ils sont essentiels pour les composants à haute teneur en cuivre et les applications de soudage à la vague sur les circuits imprimés multicouches. En raison de la difficulté de maintenir la température du processus, il est toujours recommandé d’utiliser des coussins d’air chaud sur les composants à trou traversant pour rendre le processus de soudage aussi simple que possible en ralentissant le taux de dissipation de chaleur au niveau des broches des composants.

En règle générale, connectez toujours tout trou traversant ou traversant connecté au sol ou à l’avion électrique à l’aide d’un coussin à air chaud. En plus des coussins à air chaud, vous pouvez également ajouter des larmes à l’emplacement de la ligne de connexion du coussin pour fournir un support supplémentaire en feuille de cuivre/métal. Cela aidera à réduire les contraintes mécaniques et thermiques.

Connexion typique du coussin d’air chaud

Science du coussin à air chaud :

De nombreux ingénieurs en charge de Process ou SMT dans une usine rencontrent souvent de l’énergie électrique spontanée, telle que des défauts du tableau électrique tels que le vide spontané, le déshumidification ou le mouillage à froid. Peu importe comment modifier les conditions du processus ou la température du four de soudage par refusion, comment ajuster, il y a une certaine proportion d’étain qui ne peut pas être soudé. Qu’est ce qui se passe ici?

Indépendamment du problème d’oxydation des composants et des circuits imprimés, examinez son retour après qu’une très grande partie du mauvais soudage existant provient en fait de la conception du câblage (disposition) du circuit imprimé, et l’un des plus courants concerne les composants d’un certains pieds de soudage connectés à la feuille de cuivre de grande surface, ces composants après soudage par refusion pieds de soudage, Certains composants soudés à la main peuvent également causer de faux problèmes de soudage ou de revêtement en raison de situations similaires, et certains ne parviennent même pas à souder les composants en raison d’un chauffage trop long.

Les circuits imprimés généraux dans la conception de circuits nécessitent souvent de poser une grande surface de feuille de cuivre comme alimentation (Vcc, Vdd ou Vss) et masse (GND, masse). Ces grandes surfaces de feuille de cuivre sont généralement directement connectées à certains circuits de commande (ICS) et à des broches de composants électroniques.

Malheureusement, si nous voulons chauffer ces grandes surfaces de feuille de cuivre à la température de fusion de l’étain, cela prend généralement plus de temps que des plaquettes individuelles (le chauffage est plus lent) et la dissipation de la chaleur est plus rapide. Lorsqu’une extrémité d’un tel câblage en feuille de cuivre est connectée à de petits composants tels qu’une petite résistance et une petite capacité, et que l’autre extrémité ne l’est pas, il est facile de souder des problèmes en raison de l’incohérence de la fusion de l’étain et du temps de solidification ; Si la courbe de température du soudage par refusion n’est pas bien ajustée et que le temps de préchauffage est insuffisant, les pieds de soudure de ces composants connectés dans une grande feuille de cuivre posent facilement le problème du soudage virtuel car ils ne peuvent pas atteindre la température de fusion de l’étain.

Pendant le soudage à la main, les joints de soudure des composants connectés à de grandes feuilles de cuivre se dissiperont trop rapidement pour être terminés dans le temps requis. Les défauts les plus courants sont la soudure et la soudure virtuelle, où la soudure n’est soudée qu’à la broche du composant et n’est pas connectée à la pastille de la carte de circuit imprimé. Dès l’apparence, l’ensemble du joint de soudure formera une boule; Qui plus est, l’opérateur afin de souder les pieds de soudure sur le circuit imprimé et d’augmenter constamment la température du fer à souder, ou de chauffer trop longtemps, de sorte que les composants dépassent la température de résistance thermique et s’endommagent sans le savoir. Comme le montre la figure ci-dessous.

Puisque nous connaissons le problème, nous pouvons résoudre le problème. En règle générale, nous avons besoin de la conception dite du tampon à soulagement thermique pour résoudre le problème de soudage causé par les pieds de soudage des grands éléments de connexion en feuille de cuivre. Comme le montre la figure ci-dessous, le câblage de gauche n’utilise pas de coussin d’air chaud, tandis que le câblage de droite a adopté une connexion de coussin d’air chaud. On peut voir qu’il n’y a que quelques petites lignes dans la zone de contact entre le plot et la grande feuille de cuivre, ce qui peut grandement limiter la perte de température sur le plot et obtenir un meilleur effet de soudage.

N° 5 – Vérifiez votre travail

Il est facile de se sentir dépassé à la fin d’un projet de conception lorsque vous soufflez et gonflez toutes les pièces ensemble. Par conséquent, une double et triple vérification de votre effort de conception à ce stade peut faire la différence entre le succès et l’échec de la fabrication.

Pour aider à compléter le processus de contrôle qualité, nous vous recommandons toujours de commencer par une vérification des règles électriques (ERC) et une vérification des règles de conception (DRC) pour vérifier que votre conception respecte pleinement toutes les règles et contraintes. Avec les deux systèmes, vous pouvez facilement vérifier les largeurs de dégagement, les largeurs de ligne, les paramètres de fabrication communs, les exigences de vitesse élevée et les courts-circuits.

Lorsque votre ERC et DRC produisent des résultats sans erreur, il est recommandé de vérifier le câblage de chaque signal, du schéma au PCB, une ligne de signal à la fois pour vous assurer qu’aucune information ne vous manque. Utilisez également les capacités de sondage et de masquage de votre outil de conception pour vous assurer que le matériel de mise en page de votre PCB correspond à votre schéma.