Règles de base de l'agencement et du câblage des composants

There are some basic rules that should be followed when designing a layout. These include keeping the power and ground planes within the board, avoiding cross-netting, and placing the most critical components first. You should also try to place ICs and large processors inside the board. By following these rules, you should have no trouble designing and creating a circuit board.

Avoid crossing nets

When wiring components together, you must avoid crossing nets. If there are vias, make sure they are far enough apart to avoid cross-netting. Another way to avoid crossing nets is to place one IC’s positive pin ahead of the other IC’s negative pin. This way, you’ll avoid crossing nets on the PCB.

Place large processors and ICs inside your board

Microprocessors, ICs, and other large electronic components are the heart of most circuits. They are ubiquitous and can be found on nearly every circuit board. They can be simple devices with just a few transistors or complex devices with millions or even billions of transistors. There are many types of ICs available, including 8-bit microcontrollers, 64-bit microprocessors, and advanced packages.

Avoid placing vias on power and ground planes

Placing vias on power and ground planes creates voids, which can create hot spots in the circuit. For this reason, it is best to keep signal lines away from these planes. A general rule of thumb is to place vias 15 mils apart. In addition, when placing signal lines, ensure there are 1350 bends per via.

In a typical PCB power distribution system, power and ground planes are located on the outer layers. These layers are characterized by their low inductance and high capacitance. In high-speed digital systems, switching noise can result. To mitigate this, use thermal relief pads to make electrical connections.

Avoid placing vias on traces

When wiring components, it is important to avoid placing vias on traces. Vias are holes drilled in the board through which thin copper wires pass and are soldered on both sides. Ideally, vias should be placed at least one-eighth wavelength away from the traces. This practice will decrease the operating temperature of the IC and make the design more reliable.

Vias are very useful in moving signals from one layer to another. Unlike traces that run from layer to layer, they are also easy to identify if any design changes are needed. Vias are the jack-of-all-trades of a PCB layout, providing electrical connectivity between layers. Additionally, they serve as an effective tool in transferring heat from one side of the board to the other.

Les 3 principales causes et contre-mesures de l'insuffisance de pâte à braser dans la conception des circuits imprimés

There are several causes and countermeasures for solder paste deficiency in a PCB design. These include cold solder joints, inaccurate placement, too much heat during soldering, and chemical leakage. Here are some of the most common causes and how to resolve them.

Cold solder joints

In order to avoid the formation of cold solder joints, PCB designers must design the PCB in such a way that all of the components are placed in similar orientations and have good component footprints. This helps to avoid problems with thermal imbalances and asymmetry in solder joints. Also, it is important to design PCBs in such a way that each component is positioned on a D-shaped pad. It is also important to avoid the use of tall components since they create cold zones in the PCB design. Moreover, components near the edge of the board are more likely to get hotter than those in the center.

A faulty solder joint can be a result of a variety of factors, including the lack of flux or a poorly bonded joint. A clean work area is essential for good solder joint quality. It is also important to re-tin the soldering tip to prevent oxidation.

Chemical leakage

If you are a designer of PCBs, you may be interested in learning how to avoid chemical leakage. This problem is caused by solder balls, which appear as small spheres of solder that adhere to the surface of a PCB’s laminate, resist, or conductor. Due to the heat generated, the moisture near the through holes in a PCB can turn to steam and extrude the solder.

Solder bridging is another problem caused by a deficiency of solder paste. When solder cannot separate from a lead before solidifying, it forms a short circuit. While the shorts are often invisible, they can wreak havoc on a component. Several factors can cause this problem, including the number of pins on a PCB, the distance between them, and the reflow oven’s setting. In some cases, a change in materials can also cause solder bridging.

Too much heat during soldering

Solder paste can be prone to deformities when it reaches a certain temperature during soldering. Too much heat during soldering can result in solder balling and discrete deformities. Too much solder paste can also lead to too much flux outgassing. These factors can contribute to solder balling and deformities in PCB design.

Solder paste should never interact with moisture or humidity. The solder mask must be correctly positioned and the stencil bottom should be cleaned regularly. Another common PCB design error is known as the tombstone effect, or “Manhattan effect,” caused by force imbalances during soldering. The effect resembles the shape of a tombstone in a cemetery. However, it represents a defunct PCB design with an open circuit.

Cleaning the material properly after drilling

Solder paste deficiency is the result of a material being improperly cleaned after drilling. Solder wire should be at the correct temperature and ideally be completely wetted with the pads and pins. If the solder is not adequately wetted, it may lead to the formation of a solder bridge or other defects. The right amount of solder is necessary to wet the pads and pins evenly. If it is not, it can form a metal oxide layer on the bonded object. This can be fixed by cleaning the material well and by using the right soldering iron.

Insufficient solder can cause several problems with the circuit board. Inadequate solder can cause a sand hole, broken line, “blow hole” or “solder joint void.” Insufficient solder paste can also lead to the removal of tin from components. It’s essential to avoid such problems by following the PCB design process.

Preventive measures

Solder bridging occurs when solder gets into a space it shouldn’t. Solder bridging can be prevented by using larger component leads. When pads are too small, the solder has to wet a larger area and flow a smaller volume up the lead. This results in solder balls that form and cause shorts. It is important to place pads at optimal positions and use proper solder paste in the soldering process.

A lack of solder paste on the board can also cause component leads to be warmer than pads because component leads have less thermal mass and a higher flow of air around them. Increasing the soak time of solder paste will prevent this issue and equalize temperatures across the assembly. It also reduces the tendency for solder to flow towards warmer surfaces. Another prevention method is to optimize the stencil design to minimize the amount of solder paste on trouble areas. In addition to using a stencil, ensuring that the components are not damaged before placement can help reduce solder paste in problematic areas. Copper balancing can also be used to even out the heating and cooling of the PCB.

Comment assurer la protection contre les décharges électrostatiques (ESD) pendant l'assemblage SMT ?

Les dommages électrostatiques sont une cause majeure de défaillance des appareils. Ils sont responsables des défaillances directes de 10% des appareils électroniques. Ils peuvent causer des problèmes tout au long du processus d'assemblage SMT. Heureusement, il existe des moyens de se protéger contre ce problème.

Matériel de protection contre l'électricité statique

Il est impératif de protéger les composants électroniques contre les décharges électrostatiques (ESD), qui peuvent entraîner des dommages et des défaillances. L'électricité statique peut être générée à tout moment ou en tout lieu, et est souvent causée par le frottement. Il est important de protéger les dispositifs électroniques pendant le processus d'assemblage SMT, afin qu'ils puissent conserver des performances et une fiabilité optimales. Le matériel de protection contre l'électricité statique doit être utilisé dès le début du processus d'assemblage et doit être maintenu après l'achèvement de celui-ci.

L'humidité relative de l'environnement de fabrication joue également un rôle essentiel dans la production de décharges électrostatiques, c'est pourquoi l'humidité relative de l'usine doit être soigneusement contrôlée. Si l'humidité relative n'est pas maintenue correctement, elle peut entraîner des niveaux très élevés d'ESD. Il est également recommandé d'éloigner de la chaîne de montage les matériaux présentant des niveaux élevés d'électricité statique. Pour protéger vos produits électroniques contre les décharges électrostatiques, vous devez utiliser du matériel de protection contre l'électricité statique pendant le processus d'assemblage.

Composants de suppression des décharges électrostatiques (ESD)

Pour éviter les dommages causés par les décharges électrostatiques pendant le processus d'assemblage SMT, les composants doivent être stockés et transportés dans des sacs résistants aux décharges électrostatiques. Il est vivement recommandé de faire appel à des assembleurs professionnels pour ce type de travail.

Pour éviter l'électricité statique, les employés chargés de l'assemblage doivent porter des vêtements antistatiques. Ils doivent également éviter de toucher les composants avec des objets pointus. Les vêtements antistatiques peuvent également servir de circuit de mise à la terre pour les appareils électroniques. Outre le port de vêtements conducteurs, le personnel d'assemblage doit porter une combinaison et des chaussures de protection pour réduire le risque d'électricité statique. Il est également important de minimiser l'utilisation de matériaux isolants.

L'électricité statique peut se produire à cause de composants métalliques qui conduisent une charge électrostatique. Elle peut également être causée par l'induction ou la statique corporelle. Les effets peuvent être nocifs, en particulier pour les composants électroniques.

Mousse de protection contre l'électricité statique

Les décharges électrostatiques (ESD) peuvent causer des dommages coûteux aux appareils électroniques. Bien qu'il existe des moyens de prévention, il n'est pas possible de protéger tous les appareils contre les effets des décharges électrostatiques. Heureusement, il existe des mousses antistatiques, également connues sous le nom de mousses de décharge électrostatique, qui permettent de protéger les composants sensibles.

Pour minimiser les risques liés aux décharges électrostatiques, utilisez des emballages de protection pour les composants électroniques. Veillez à ce que l'emballage présente une résistivité de surface et de volume appropriée. Il doit également résister aux effets de charge triboélectrique dus aux mouvements pendant le transport. En règle générale, les composants sensibles à l'électricité statique sont livrés dans une mousse conductrice noire ou dans un sac antistatique. Les sacs antistatiques contiennent du plastique partiellement conducteur qui agit comme une cage de Faraday.

L'électricité statique est un problème courant au cours du processus d'assemblage SMT. Il s'agit d'un sous-produit de la friction qui peut entraîner la défaillance des composants. Les mouvements humains génèrent de l'électricité statique qui peut aller de quelques centaines de volts à plusieurs milliers de volts. Ces dommages peuvent affecter les composants électroniques résultant de l'assemblage SMT et entraîner une défaillance prématurée.

Sacs ESD

Lorsque l'on travaille avec des produits électroniques, il est important d'utiliser des emballages de protection contre les décharges électrostatiques lors du transport et du stockage d'articles sensibles. La protection contre les décharges électrostatiques permet de minimiser les risques de chocs électriques et de brûlures, tout en assurant une protection lors du transport et du stockage. Un emballage de protection peut également protéger les pièces et les composants lorsqu'ils ne sont pas utilisés, par exemple lorsqu'ils sont transportés vers et depuis l'usine.

Lors de la manipulation d'une carte de circuit imprimé, il est important de suivre les instructions du fabricant et de respecter ses directives. C'est essentiel, car un mauvais plan de protection contre les décharges électrostatiques peut endommager les composants électroniques. Si vous n'êtes pas sûr de savoir comment manipuler correctement les composants pendant le processus d'assemblage, demandez à un professionnel.

Combinaison des deux

Pour éviter l'électricité statique pendant l'assemblage SMT, il est essentiel de mettre l'électronique à la terre. La mise à la terre peut être de deux types : la mise à la terre douce et la mise à la terre dure. La mise à la terre souple consiste à relier les dispositifs électroniques à une terre de faible impédance, tandis que la mise à la terre dure consiste à relier les composants électroniques à une terre de haute impédance. Les deux types de mise à la terre permettent d'éviter l'électricité statique et de protéger les composants électroniques contre les dommages.

Les décharges électrostatiques (ESD) sont une source majeure de dommages dans l'industrie électronique. Les décharges électrostatiques entraînent une dégradation des performances, voire une défaillance des composants. On estime que 8% à 33% de toutes les défaillances électroniques sont causées par les décharges électrostatiques. Le contrôle de ce type de dommages peut améliorer l'efficacité, la qualité et les bénéfices.

Analyser le rôle de la conception des piles en couches dans la suppression des interférences électromagnétiques

La conception par empilement de couches est le processus d'utilisation d'un circuit imprimé avec plusieurs couches pour améliorer l'intégrité des signaux et réduire les interférences électromagnétiques. Une carte à 6 couches haute performance à usage général, par exemple, utilise les première et sixième couches comme couches de masse et d'alimentation. Entre ces deux couches se trouve une double ligne de signal microruban centrée qui offre une excellente suppression des interférences électromagnétiques. Toutefois, cette conception présente des inconvénients, notamment le fait que la couche de trace n'a que deux couches d'épaisseur. La carte conventionnelle à six couches a des traces extérieures courtes qui peuvent réduire les interférences électromagnétiques.

Outil d'analyse d'impédance

Si vous recherchez un outil de conception de circuits imprimés pour minimiser la sensibilité de votre circuit imprimé aux interférences électromagnétiques, vous êtes au bon endroit. Les logiciels d'analyse d'impédance vous aident à déterminer les matériaux appropriés pour votre circuit imprimé et à déterminer la configuration la plus susceptible de supprimer les interférences électromagnétiques. Ces outils vous permettent également de concevoir l'empilement de couches de votre PCB de manière à minimiser les effets des interférences électromagnétiques.

Lorsqu'il s'agit de concevoir des circuits imprimés en couches, les interférences électromagnétiques (EMI) constituent souvent une préoccupation majeure pour de nombreux fabricants. Pour réduire ce problème, vous pouvez utiliser une conception d'empilage en couches de PCB avec une séparation de trois à six millimètres entre les couches adjacentes. Cette technique de conception peut vous aider à minimiser les interférences électromagnétiques en mode commun.

Disposition des couches de plan et de signal

Lors de la conception d'un circuit imprimé, il est essentiel de prendre en compte la disposition des couches de plan et de signal. Cela permet de minimiser l'effet des interférences électromagnétiques. En général, les couches de signaux doivent être adjacentes aux plans d'alimentation et de masse. Cela permet une meilleure gestion thermique. Les conducteurs de la couche de signaux peuvent dissiper la chaleur par un refroidissement actif ou passif. De même, les plans et couches multiples contribuent à supprimer les interférences électromagnétiques en minimisant le nombre de chemins directs entre les couches de signaux et les plans d'alimentation et de masse.

L'une des conceptions d'empilage de circuits imprimés les plus populaires est l'empilage de circuits imprimés à six couches. Cette conception offre un blindage pour les traces à faible vitesse et est idéale pour le routage de signaux orthogonaux ou à double bande. Idéalement, les signaux analogiques ou numériques à plus grande vitesse devraient être acheminés sur les couches extérieures.

Adaptation d'impédance

La conception d'une pile de circuits imprimés en couches peut être un outil précieux pour supprimer les interférences électromagnétiques. La structure en couches offre un bon confinement des champs et un ensemble de plans. La structure en couches permet des connexions à faible impédance avec GND directement, ce qui élimine le besoin de vias. Elle permet également d'augmenter le nombre de couches.

L'un des aspects les plus critiques de la conception des circuits imprimés est l'adaptation d'impédance. L'adaptation d'impédance permet aux traces du circuit imprimé de correspondre au matériau du substrat, ce qui maintient l'intensité du signal dans la plage requise. L'intégrité du signal est de plus en plus importante à mesure que les vitesses de commutation augmentent. C'est l'une des raisons pour lesquelles les circuits imprimés ne peuvent plus être considérés comme des connexions point à point. Comme les signaux se déplacent le long des traces, l'impédance peut changer de manière significative, ce qui renvoie le signal à sa source.

Lors de la conception d'empilages de circuits imprimés, il est important de tenir compte de l'inductance de l'alimentation. Une résistance de cuivre élevée sur l'alimentation augmente la probabilité d'une interférence électromagnétique en mode différentiel. En minimisant ce problème, il est possible de concevoir des circuits qui ont moins de lignes de signaux et des longueurs de tracés plus courtes.

Routage de l'impédance contrôlée

Dans la conception des circuits électroniques, l'acheminement contrôlé de l'impédance est une considération importante. L'acheminement contrôlé de l'impédance peut être réalisé en utilisant une stratégie d'empilage en couches. Dans ce type de conception, un seul plan de puissance est utilisé pour transporter le courant d'alimentation au lieu de plusieurs plans de puissance. Cette conception présente plusieurs avantages. L'un d'entre eux est qu'elle permet d'éviter les interférences électromagnétiques.

Le routage à impédance contrôlée est un élément de conception important pour la suppression des interférences électromagnétiques. L'utilisation de plans séparés par trois à six mils peut aider à contenir les champs magnétiques et électriques. En outre, ce type de conception peut contribuer à réduire les interférences électromagnétiques en mode commun.

Protection des traces sensibles

La conception d'un empilage en couches est un élément critique dans la suppression des interférences électromagnétiques. Un bon empilage de cartes peut permettre un bon confinement des champs et fournir un bon ensemble de plans. Mais il doit être conçu avec soin pour éviter de causer des problèmes de CEM.

En général, un plan séparé de 3 à 6 millimètres permet de supprimer les harmoniques de haut niveau, les transitoires faibles et les interférences électromagnétiques en mode commun. Toutefois, cette approche ne permet pas de supprimer les interférences électromagnétiques causées par les bruits de basse fréquence. Un empilage espacé de 3 à 6 millimètres ne peut supprimer les interférences électromagnétiques que si l'espacement des plans est égal ou supérieur à la largeur de la trace.

Une carte à six couches à usage général et à haute performance utilise les première et sixième couches comme base. Les troisième et quatrième couches accueillent l'alimentation électrique. Entre les deux, une double couche centrée de lignes de signaux en microruban est posée. Cette conception permet une excellente suppression des interférences électromagnétiques. Toutefois, l'inconvénient de cette conception est que la couche de trace n'a que deux couches d'épaisseur. C'est pourquoi il est préférable d'opter pour une carte conventionnelle à six couches.

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.