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Directives de mise en page de conception de PCB

Directives de mise en page de conception de PCB

La carte de circuit imprimé, la conception de circuits imprimés, est l'un des éléments de conception les plus importants dans la conception d'un produit électronique. Dans la plupart des cas, un ingénieur en conception de matériel électronique concevra le circuit, puis un spécialiste de la mise en page de PCB entreprendra la mise en page et la conception de PCB à partir d'un schéma fourni à l'aide d'un système CAO PCB.

La mise en page et la conception de circuits imprimés est une compétence spécialisée qui nécessite une connaissance non seulement du logiciel de conception de circuits imprimés et du système CAO de circuits imprimés, mais également d'une variété de normes et de techniques utilisées pour garantir que la conception de circuit de base est transférée avec succès à une carte de circuit imprimé globale qui peuvent être fabriqués dans un environnement de fabrication de circuits électroniques.

Pour qu'une carte de circuit imprimé puisse être conçue de manière satisfaisante, il est souvent utile de disposer de quelques lignes directrices à suivre, bien qu'il n'y ait pas de substitut à l'expérience.

Directives de conception de PCB

De nombreuses idées et directives peuvent être élaborées pour la conception et la mise en page d'un PCB. La liste ci-dessous en couvre un certain nombre. De toute évidence, il y en a d'autres, et la liste des directives de conception de PCB ci-dessous ne doit pas être considérée comme une liste complète.

Afin que les directives de conception de PCB puissent être suivies plus facilement, les directives sont divisées en sections:

  • Directives de conception des contraintes de carte - celles qui couvrent les contraintes initiales sur la carte
  • Directives générales de conception de la mise en page
  • Lignes directrices associées aux plans ou couches
  • Lignes directrices de conception des voies
  • Problèmes thermiques
  • Intégrité du signal et considérations RF

Celles-ci constituent certains des principaux domaines à prendre en compte pour la conception d'un PCB. Pour certaines conceptions, certaines des directives de conception de PCB seront plus importantes que d'autres, et des jugements devront souvent être faits pour équilibrer une exigence par rapport à une autre.

Directives de conception de PCB de contrainte de carte

Ces directives de conception de PCB sont associées aux contraintes de l'ensemble de la carte: - taille, forme et certains des facteurs qui affectent la conception ou le concept général du PCB. Ceux-ci devraient être quelques-uns des premiers facteurs à prendre en compte.

  • Choisissez des points de référence qui conviennent au processus de fabrication. Il est normalement nécessaire d'avoir des trous ou des points de référence sur la carte. Ceux-ci sont utilisés pour les machines pick and place et les appareils de test. Ils doivent être choisis en fonction du processus de fabrication des PCB. Souvent, ils peuvent être des trous pour les appareils, mais ils peuvent également être des marques croisées pour les capteurs optiques. Ils doivent être exempts de composants et non masqués.
  • Laisser une surface de carte adéquate pour le circuit Souvent, les dimensions de la carte seront définies par la taille globale du produit, mais avant le début de la conception du PCB, des estimations doivent être faites concernant la taille de la carte et sa capacité à accueillir les composants et leurs pistes.
  • Déterminez le nombre de couches requises Il est sage de déterminer le nombre de couches de pistes nécessaires dans la carte de circuit imprimé au début de la conception. Des couches supplémentaires augmentent les coûts de production, mais peuvent signifier que les pistes peuvent être adaptées. Les conceptions complexes peuvent avoir de nombreuses pistes et il peut ne pas être possible de les acheminer à moins que des couches suffisantes ne soient disponibles.
  • Considérez la méthode de montage de la carte Il est nécessaire de considérer comment la carte de circuit imprimé sera montée au début de la conception. Différentes méthodes de montage peuvent exiger que différentes zones de la carte restent libres, ou elles peuvent occuper différentes zones de la carte.

Directives générales de conception de circuits imprimés

Ces directives de conception de circuits imprimés doivent être traitées avant le début de la conception principale du circuit. Ils devraient effectivement être certains des premiers éléments du placement des composants.

  • Dessinez et plan d'ensemble de l'emplacement des différentes zones du circuit L'une des premières parties de la configuration du circuit consiste à dessiner un plan approximatif de l'emplacement des principaux composants et des zones de composants. De cette façon, les pistes critiques peuvent être évaluées tout en jugeant la conception la plus pratique

Directives de conception de PCB associées aux plans ou couches utilisés

Il est courant d'utiliser une couche ou un plan complet pour les rails de terre ou d'alimentation. Le moyen le plus efficace que ceux-ci puissent être utilisés doit être pris en compte dès le début de la conception du PCB.

  • Déterminez si des avions complets seront utilisés pour l'alimentation, la terre, etc. Il est courant d'utiliser un plan complet pour la terre et certains rails d'alimentation majeurs. Cela présente des avantages en termes de bruit et de capacité de courant.
  • Évitez les avions partiels Il est sage d'éviter de laisser de grandes lacunes dans les plans terrestres ou les plans d'alimentation, ou d'avoir des plans partiels dans une certaine zone de la carte. Ceux-ci peuvent créer des contraintes dans la carte qui peuvent conduire à un gauchissement lors de la fabrication de la carte nue, ou plus tard lorsque la carte chauffe pendant le processus de soudage. Le gauchissement après l'ajout de composants montés en surface peut entraîner des fractures des composants et donc un taux élevé de défaillances fonctionnelles.

Lignes directrices de conception des voies

La considération des aspects des pistes sur la carte de circuit imprimé elle-même doit être donnée à un stade précoce car il y a des compromis à faire.

  • Déterminez la largeur de voie standard à utiliser Il est nécessaire d'équilibrer la taille de piste standard à utiliser dans la conception. Si les pistes sont trop étroites et trop proches, il y a une plus grande possibilité de court-circuit. De plus, s'ils sont trop larges et trop éloignés, cela peut limiter le nombre de pistes dans une zone donnée, ce qui peut forcer l'utilisation de plans supplémentaires dans les cartes pour garantir que la conception du PCB peut être acheminée.
  • Tenez compte de la taille de la piste pour les lignes transportant du courant Les pistes minces utilisées dans les circuits imprimés d'aujourd'hui ne peuvent transporter qu'un courant limité. Il faut tenir compte de la taille de la voie pour toute voie qui transporte des rails d'alimentation plutôt que des signaux de bas niveau. Le tableau ci-dessous donne quelques largeurs de piste ou une élévation de température de 10 ° C pour des plaques de cuivre d'épaisseur différente.

Courant maximum recommandé pour les pistes PCB
Actuel
(Ampères)
Largeur pour planche de 1 oz
(Mille)
Largeur pour planche de 2 oz
(Mille)
1105
22015
35025
  • Fixez le rapport et la taille du tampon de la carte de circuit imprimé au trou Au début de la conception du PCB, il sera nécessaire de déterminer les dimensions du plot et du trou. En général, un rapport d'environ 1,8: 1 (tampon: trou) est utilisé, bien que parfois un tampon de 0 à 5 mm plus grand que le trou soit utilisé comme mesure. Cela permet des tolérances de perçage de trous, etc. Le fabricant du PCB nu sera en mesure de donner des conseils sur les normes requises pour leur processus. Le rapport devient plus important à mesure que la taille des coussinets et des trous diminue, et il est particulièrement important pour les trous traversants.
  • Déterminer les formes des pads PCB Les bibliothèques de composants associées aux systèmes CAO PCB auront des bibliothèques pour les empreintes schématiques et PCB pour les différents composants. Cependant, ceux-ci peuvent varier selon le processus de fabrication. En règle générale, ils doivent être volumineux pour le brasage à la vague plutôt que pour le brasage par refusion infrarouge. Ainsi, le processus de fabrication doit être déterminé avant le début de la conception afin que les tailles de pastille optimales puissent être choisies et utilisées sur le système CAO PCB et donc sur la carte de circuit imprimé elle-même.

Problèmes thermiques

Bien que pour de nombreuses petites cartes de circuits imprimés, les problèmes thermiques ne posent pas de problème, avec des vitesses de traitement plus élevées et des densités de composants plus élevées pour les PCB modernes, les problèmes thermiques peuvent souvent commencer à devenir un obstacle important.

  • Laissez suffisamment d'espace pour refroidir autour des composants chauds Les composants qui dissipent de grandes quantités de chaleur peuvent nécessiter un espace supplémentaire autour d'eux. Laissez suffisamment d'espace pour les dissipateurs thermiques qui peuvent être nécessaires.

Intégrité du signal et considérations RF

Il existe de nombreux problèmes avec la conception de circuits imprimés associés à des considérations d'intégrité du signal, de RF et de CEM. La plupart des moyens d'éviter les problèmes sont associés à la façon dont les pistes sont acheminées.

  • Évitez de courir les pistes en parallèle Les pistes qui fonctionnent en parallèle sur n'importe quelle longueur auront un niveau de diaphonie plus élevé avec des signaux sur une piste apparaissant sur une autre. La diaphonie peut conduire à une variété de problèmes dans le circuit et il peut être très difficile de l'éliminer une fois que la carte de circuit imprimé a été conçue et construite.
  • Lorsque les pistes doivent se croiser, faites-les croiser à angle droit Pour réduire le niveau de diaphonie généré, lorsque deux lignes de signal doivent se croiser, elles doivent se croiser à angle droit pour réduire le niveau de capacité et d'inductance mutuelle entre les deux lignes.

Il existe une multitude de directives de conception de PCB qui peuvent être documentées. Les directives de conception de PCB ici ne sont que quelques-unes des nombreuses qui pourraient être conçues, mais elles peuvent former la base d'un ensemble de lignes directrices qui pourraient être utilisées pour la conception générale de PCB.


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