Comment comprendre certaines étapes importantes de la conception des cartes de circuits imprimés ?

Si vous souhaitez concevoir un circuit imprimé, vous devez connaître un certain nombre d'étapes importantes. Ces étapes comprennent l'idéation, la définition, la validation et le placement des composants. La compréhension de ces étapes vous aidera à réaliser la meilleure conception possible.

L'idée

La création d'une carte de circuit imprimé efficace commence par la définition de l'objectif de l'appareil. Il est essentiel de faire correspondre les dimensions et les contraintes de hauteur de la carte avec les composants prévus. D'autres considérations incluent l'ESR des composants à haute fréquence et la stabilité de la température. En outre, il est nécessaire de choisir la largeur et l'espacement appropriés des traces. Le non-respect de cette règle générale peut entraîner une explosion des coûts.

Le processus de conception des circuits imprimés commence par l'idéation, la définition et la validation. Cette étape est cruciale et intervient avant la conception d'un prototype ou l'exécution d'une conception. Elle met en valeur la créativité du concepteur et permet de s'assurer que tous les composants matériels sont alignés et congruents. Elle permet également une collaboration croisée entre les différents membres de l'équipe, ce qui crée une synergie.

Définition

La conception d'un circuit imprimé est un processus complexe. Elle comprend le choix des matériaux appropriés pour la base du circuit imprimé, la sélection d'une règle de conception et le choix des dimensions finales. Le circuit imprimé doit également être testé pour s'assurer qu'il fonctionnera correctement dans les conditions d'utilisation prévues. Si la conception n'est pas effectuée correctement, le projet risque d'échouer.

La première étape de la conception d'un circuit imprimé consiste à créer un ensemble de plans. Cette opération est réalisée à l'aide d'un logiciel informatique. Les plans servent de modèle pour la conception. Le concepteur peut également utiliser un calculateur de largeur de trace pour déterminer les couches internes et externes. Les traces de cuivre conductrices et les circuits sont marqués à l'encre noire. Les traces sont appelées couches dans la conception du PCB. Il existe deux types de couches : les couches externes et les couches internes.

Validation

Les cartes de circuits imprimés sont soumises à des processus de validation afin de s'assurer qu'elles ont été conçues correctement. Ces tests sont effectués en examinant les structures de la carte. Ces structures comprennent les sondes et les connecteurs, ainsi que la norme Beatty pour les paramètres des matériaux. Ces tests sont effectués afin d'éliminer toute erreur de conception, telle que les réflexions.

Les cartes de circuits imprimés sont ensuite préparées pour la fabrication. Le processus dépend de l'outil de CAO utilisé et de l'installation de fabrication. Il implique généralement la génération de fichiers Gerber, qui sont des dessins de chaque couche. Il existe plusieurs outils de visualisation et de vérification des fichiers Gerber, dont certains sont intégrés aux outils de CAO, tandis que d'autres sont des applications autonomes. Un exemple est ViewMate, qui peut être téléchargé et utilisé gratuitement.

Le processus de validation implique également de tester le dispositif. La conception est testée avec un prototype pour s'assurer qu'elle correspond à la réponse attendue. En outre, il comprend une analyse du circuit pour déterminer si la conception est stable. Les résultats de ce test déterminent si des changements sont nécessaires. Certaines modifications doivent être apportées afin d'améliorer la conception et de s'assurer qu'elle répond aux spécifications du client.

Placement des composants

Le placement des composants sur les cartes de circuits imprimés peut se faire de plusieurs manières. Vous pouvez les placer au-dessus ou au-dessous d'un autre composant, ou vous pouvez utiliser une combinaison de ces méthodes. Les placements peuvent être ordonnés en alignant les composants en choisissant Aligner en haut ou Aligner en bas. Vous pouvez également répartir uniformément les composants sur la planche en les sélectionnant et en cliquant dessus avec le bouton droit de la souris. Vous pouvez également déplacer les composants vers le haut ou le bas du circuit imprimé en appuyant sur L.

Lors de la conception des circuits imprimés, l'emplacement des composants est crucial. Idéalement, les composants sont placés sur la face supérieure de la carte. Toutefois, si le composant a une faible dissipation thermique, il peut être placé sur la face inférieure. Il est également recommandé de regrouper les composants similaires et de les placer en rangée régulière. En outre, vous devriez également placer des condensateurs de découplage à proximité des composants actifs. En outre, vous devez placer les connecteurs en fonction des exigences de conception.

Tension de claquage diélectrique

Que vous conceviez votre propre circuit imprimé ou que vous vous procuriez un circuit imprimé auprès d'un fabricant, vous devez connaître plusieurs étapes. Certaines de ces étapes consistent à tester la fonctionnalité des composants électriques et de la mise en page du circuit imprimé. Pour ce faire, ils sont soumis à une batterie de tests conformément aux normes IPC-9252. Deux des tests les plus courants sont les tests d'isolation et de continuité du circuit. Ces tests vérifient s'il y a des déconnexions ou des courts-circuits dans la carte.

Une fois le processus de conception terminé, il est important de tenir compte de la dilatation thermique et de la résistance thermique des composants. Ces deux aspects sont importants car la dilatation thermique des composants de la carte augmente avec la chaleur. La Tg des composants d'une carte doit être suffisamment élevée pour éviter que les composants ne soient endommagés ou déformés. Si la Tg est trop faible, elle peut entraîner une défaillance prématurée des composants.

Comment utiliser l'empilement de couches de PCB pour contrôler le rayonnement EMF

L'empilage de circuits imprimés en couches est l'un des meilleurs moyens de réduire la CEM et de contrôler les émissions de champs électromagnétiques. Toutefois, cette méthode n'est pas sans risques. La conception d'un circuit imprimé avec deux couches de signaux peut entraîner un manque d'espace sur la carte pour le routage des signaux, en coupant le plan PWR. Il est donc préférable de placer les couches de signaux entre deux plans conducteurs superposés.

Utilisation d'un empilage de circuits imprimés à 6 couches

Un empilage de circuits imprimés à 6 couches est efficace pour découpler les signaux à grande vitesse et les signaux à faible vitesse, et peut également être utilisé pour améliorer l'intégrité de l'alimentation. En plaçant une couche de signal entre la surface et les couches conductrices intérieures, il est possible de supprimer efficacement les interférences électromagnétiques.

L'emplacement de l'alimentation et de la masse sur les deuxième et cinquième couches du circuit imprimé est un facteur critique dans le contrôle du rayonnement EMI. Cet emplacement est avantageux car la résistance en cuivre de l'alimentation est élevée, ce qui peut affecter le contrôle des interférences électromagnétiques en mode commun.

Il existe différentes configurations d'empilages de circuits imprimés à 6 couches qui sont utiles pour différentes applications. Un empilage de circuits imprimés à 6 couches doit être conçu en fonction des spécifications de l'application. Il doit ensuite être testé de manière approfondie pour garantir sa fonctionnalité. Après cela, la conception sera transformée en une impression bleue qui guidera le processus de fabrication.

Les circuits imprimés étaient autrefois des cartes à une seule couche, sans vias et avec des vitesses d'horloge de l'ordre de la centaine de kHz. Aujourd'hui, ils peuvent contenir jusqu'à 50 couches, avec des composants nichés entre les couches et sur les deux côtés. La vitesse des signaux est passée à plus de 28 Gb/S. Les avantages de l'empilage de couches solides sont nombreux. Ils permettent de réduire le rayonnement, d'améliorer la diaphonie et de minimiser les problèmes d'impédance.

Utilisation d'un panneau stratifié

L'utilisation d'un circuit imprimé à noyau stratifié est un excellent moyen de protéger l'électronique contre les rayonnements EMI. Ce type de rayonnement est causé par des courants à variation rapide. Ces courants forment des boucles et émettent du bruit lorsqu'ils changent rapidement. Afin de contrôler le rayonnement, il convient d'utiliser un circuit imprimé à noyau stratifié ayant une faible constante diélectrique.

Les interférences électromagnétiques sont causées par diverses sources. La plus courante est l'IEM à large bande, qui se produit sur les fréquences radio. Elles sont produites par un certain nombre de sources, notamment les circuits, les lignes électriques et les lampes. Elles peuvent endommager les équipements industriels et réduire la productivité.

Une carte stratifiée peut comprendre des circuits de réduction des interférences électromagnétiques. Chaque circuit de réduction des interférences électromagnétiques comprend une résistance et un condensateur. Il peut également comprendre un dispositif de commutation. L'unité du circuit de commande contrôle chaque circuit de réduction des interférences électromagnétiques en envoyant des signaux de sélection et de commande aux circuits de réduction des interférences électromagnétiques.

Désadaptation de l'impédance

Les empilages de couches de circuits imprimés sont un excellent moyen d'améliorer le contrôle des interférences électromagnétiques. Ils permettent de contenir les champs électriques et magnétiques tout en minimisant les interférences électromagnétiques en mode commun. Le meilleur empilage comporte des plans d'alimentation et de masse solides sur les couches extérieures. La connexion des composants à ces plans est plus rapide et plus facile que le routage des arbres de puissance. Mais la contrepartie est une augmentation de la complexité et des coûts de fabrication. Les circuits imprimés multicouches sont coûteux, mais les avantages peuvent l'emporter sur les inconvénients. Pour obtenir les meilleurs résultats, travaillez avec un fournisseur de circuits imprimés expérimenté.

La conception d'un empilement de couches de circuits imprimés fait partie intégrante du processus d'intégrité des signaux. Ce processus nécessite un examen minutieux des exigences en matière de performances mécaniques et électriques. Le concepteur de circuits imprimés travaille en étroite collaboration avec le fabricant pour créer le meilleur circuit imprimé possible. En fin de compte, l'empilement des couches du circuit imprimé doit permettre d'acheminer tous les signaux avec succès, de maintenir intactes les règles d'intégrité des signaux et de fournir des couches d'alimentation et de masse adéquates.

Un empilement de couches sur le circuit imprimé peut contribuer à réduire le rayonnement électromagnétique et à améliorer la qualité du signal. Il peut également fournir un bus d'alimentation de découplage. Bien qu'il n'existe pas de solution unique à tous les problèmes d'interférence électromagnétique, il existe plusieurs bonnes options pour optimiser les empilages de circuits imprimés.

Séparation des traces

L'un des meilleurs moyens de contrôler le rayonnement électromagnétique est d'utiliser l'empilement des couches dans la conception des circuits imprimés. Cette technique consiste à placer le plan de masse et les couches de signaux l'un à côté de l'autre. Cela leur permet d'agir comme des boucliers pour les couches de signaux internes, ce qui contribue à réduire le rayonnement en mode commun. En outre, un empilage de couches est beaucoup plus efficace qu'un circuit imprimé à un seul plan en ce qui concerne la gestion thermique.

En plus d'être efficace pour contenir les radiations EMI, la conception d'un PCB en couches permet également d'améliorer la densité des composants. Pour ce faire, l'espace autour des composants est plus grand. Cela permet également de réduire les interférences électromagnétiques en mode commun.

Pour réduire le rayonnement électromagnétique, la conception d'un circuit imprimé doit comporter quatre couches ou plus. Une carte à quatre couches produira 15 dB de rayonnement en moins qu'une carte à deux couches. Il est important de placer la couche de signal près du plan d'alimentation. L'utilisation d'un bon logiciel de conception de circuits imprimés peut aider à choisir les bons matériaux et à effectuer des calculs d'impédance.