Maîtriser la conception de PCB : stratégies, lignes directrices et meilleures pratiques

Le PCB est analogue au squelette et au système nerveux des circuits électroniques et joue un rôle central dans les projets d’ingénierie électronique. Cependant, de nombreuses personnes manquent de compréhension ou possèdent des connaissances insuffisantes en matière de conception de PCB.

Au cours de mes années universitaires, j’ai développé un intérêt particulier pour la conception de circuits imprimés et de circuits matériels, et j’ai étudié ces sujets avec assiduité. À l’époque, je pensais qu’obtenir un emploi impliquant la conception assistée par ordinateur (CAO) dans un bureau après l’obtention de mon diplôme serait idéal. Après avoir obtenu mon diplôme, j'ai décroché avec succès un poste dans une entreprise d'électronique à Guangzhou, où j'ai travaillé comme ingénieur PCB. Au départ, je devais maîtriser diverses tâches, notamment le dessin schématique, la sélection des composants, la disposition des circuits imprimés, le soudage des prototypes, le débogage, la création de nomenclatures (BOM) et la préparation des instructions de travail. Cette expérience a marqué le début de mon parcours dans l'industrie électronique.

Le rôle crucial des diagrammes schématiques dans la conception de PCB

Même si un bon diagramme schématique ne peut garantir un bon routage, un routage de qualité commence par un bon schéma. Lors de la création d’un schéma, une réflexion approfondie est nécessaire, en accordant une attention particulière au flux de signal de l’ensemble du circuit. Un flux de signal fluide et régulier de gauche à droite dans le schéma devrait se traduire par un flux de signal tout aussi bon sur le PCB. Il est conseillé de fournir autant d’informations utiles que possible dans le schéma.

Il arrive que, lorsque les ingénieurs en conception de circuits ne sont pas disponibles, les clients sollicitent notre aide pour résoudre des problèmes de circuits. Les concepteurs, techniciens et ingénieurs impliqués dans ce travail apprécient généralement cette assistance, tout comme nous. Outre les informations courantes telles que les références, la consommation électrique et les tolérances, quelles autres informations doivent figurer sur le schéma ? Les suggestions suivantes permettent d'améliorer considérablement un schéma : inclure les formes d'onde, les informations mécaniques relatives au boîtier, les longueurs des pistes imprimées et les zones vierges ; indiquer les composants à placer sur le circuit imprimé ; fournir les informations de réglage, les plages de valeurs des composants, les informations sur la dissipation thermique, les pistes imprimées à impédance contrôlée , les annotations, des descriptions concises du fonctionnement du circuit, etc.

Lignes directrices pour une collaboration efficace dans la conception de PCB

Si vous n'avez pas conçu le routage vous-même, il est essentiel de prévoir suffisamment de temps pour examiner minutieusement le travail du concepteur de routage. À ce stade, une petite précaution peut l’emporter sur cent remèdes. Ne présumez pas que la personne chargée du routage peut comprendre vos idées. Vos avis et conseils sont cruciaux dès les premières étapes du processus de conception d’itinéraire. Plus vous fournissez d'informations et plus vous êtes impliqué tout au long du processus de routage, meilleur sera le PCB obtenu. L'établissement d'un point d'achèvement provisoire pour le concepteur du routage (qui examine rapidement la progression du routage en fonction du routage souhaité) peut empêcher le routage de s'écarter de sa trajectoire, minimisant ainsi le risque de retouche.

Les instructions destinées à l'ingénieur de routage doivent inclure : une brève description de la fonction du circuit, un schéma de circuit imprimé indiquant les emplacements des entrées et des sorties, des informations sur l'empilement des circuits imprimés (par exemple, l'épaisseur de la carte, le nombre de couches, des informations détaillées sur chaque couche de signal et la masse). plan (alimentation, masse, signal analogique, signal numérique et signal RF) ; qui signale les besoins de chaque couche ; les exigences de placement pour les composants critiques ; emplacements exacts des composants de contournement ; quelles lignes imprimées sont critiques ; quelles lignes nécessitent une impression à impédance contrôlée ; quelles lignes nécessitent des longueurs assorties ; dimensions des composants ; quelles lignes imprimées doivent être séparées (ou rapprochées) ; quelles lignes doivent être séparées (ou rapprochées) ; quels composants doivent être séparés (ou rapprochés) ; quels composants doivent être placés au-dessus du PCB et lesquels doivent être placés en dessous. Ne vous plaignez jamais de fournir trop d’informations aux autres : est-ce trop peu ? Oui; Est-ce trop ? Non.

Apprendre de ses erreurs : l'importance du placement des composants dans les conceptions de circuits imprimés complexes

Il y a environ 10 ans, j'ai conçu un circuit imprimé multicouche à montage en surface : les deux côtés de la carte contenaient des composants. La carte a été fixée dans un boîtier en aluminium plaqué or avec de nombreuses vis (en raison d'exigences très strictes en matière de résistance aux chocs). Des épingles pour l'alimentation en biais ont été fournies à travers la planche. Il s'agissait d'un appareil très complexe. Certains composants de la carte ont été utilisés pour les tests de réglage (SAT). Cependant, j'avais clairement précisé les emplacements de ces composants. Pouvez-vous deviner où ces composants ont tous été installés ? C'est vrai, ils ont été installés au bas de la carte. Lorsque l'ingénieur produit et le technicien ont dû démonter l'ensemble de l'appareil, terminer le réglage, puis le remonter, ils n'étaient pas satisfaits. Depuis, je n’ai plus commis cette erreur.

Améliorer l'efficacité des circuits imprimés grâce à une disposition stratégique des circuits

Tout comme pour les PCB, la position détermine tout. L'endroit où un circuit est placé sur un PCB, l'endroit où ses éléments de circuit spécifiques sont installés et les autres circuits adjacents sont tous cruciaux.

Habituellement, les positions des entrées, des sorties et des alimentations sont prédéterminées, mais les circuits entre elles nécessitent une certaine « créativité ». C'est pourquoi prêter attention aux détails du routage générera des résultats significatifs. En partant de la position des composants clés, considérez le circuit spécifique et l'ensemble du PCB. La spécification des positions des composants clés et des chemins de signaux dès le début permet de garantir que la conception atteint les objectifs opérationnels attendus. Réaliser une bonne conception du premier coup peut réduire les coûts et le stress, ainsi que raccourcir le cycle de développement.

Parlons également de ces « pastilles spéciales » sur le PCB :

Tout d'abord, la pastille en forme de larme La larme est une connexion en goutte entre une pastille et un conducteur ou entre un conducteur et un via. Le but du réglage de la larme est d'empêcher le point de contact entre le conducteur et la pastille ou le conducteur et le via de se déconnecter lorsque le circuit imprimé est soumis à une énorme force externe, et également de rendre le circuit imprimé plus beau. La fonction de la larme est d'empêcher la largeur de la ligne de signal de se rétrécir soudainement, ce qui peut rendre la connexion entre le routage et le composant plus fluide et résoudre le problème de rupture facile de la connexion entre le routage et le routage.

1. Lors du soudage, il peut protéger le tampon et empêcher le tampon de tomber lors de plusieurs soudures.
2. Améliorer la fiabilité de la connexion (pour éviter les fissures causées par une gravure inégale et un décalage des vias en production)
3. Impédance douce, réduit les changements brusques d'impédance Dans la conception des circuits imprimés, afin de rendre le plot plus robuste et d'empêcher le plot de se déconnecter du conducteur lors de la fabrication mécanique de la carte, une zone de transition est souvent aménagée entre le plot et le conducteur, en forme de une larme, donc souvent appelée larme (Teardrops).

Deuxièmement, la dent de décharge. Cet élément est appelé dent de décharge, éclateur ou éclateur d'étincelles. L'éclateur est constitué de deux triangles aux angles aigus pointant l'un vers l'autre, dont les sommets sont espacés de 6 à 10 mils. Un triangle est relié à la masse, l'autre à la ligne de signal. Ce triangle n'est pas un composant, mais fait partie des couches de cuivre utilisées lors du routage du circuit imprimé. Ces triangles doivent être placés sur la face supérieure (côté composants) du circuit imprimé et ne doivent pas être recouverts de vernis épargne.

1. Lors des tests de surtension des alimentations à découpage ou des tests ESD, une haute tension sera générée aux deux extrémités de l'inductance de mode commun, provoquant un arc. Si la distance par rapport aux composants environnants est proche, cela peut endommager les composants environnants. Ainsi, un tube à décharge ou varistance peut être connecté en parallèle à ses deux extrémités pour limiter sa tension et ainsi jouer un rôle dans l'extinction de l'arc. Bien que l’installation d’un parasurtenseur soit efficace, elle est relativement coûteuse.
2. Une autre façon consiste à ajouter une dent de décharge aux deux extrémités de l'inducteur de mode commun dans la conception du PCB, de sorte que l'inducteur se décharge à travers les deux extrémités pointues de la dent de décharge, évitant ainsi la décharge par d'autres chemins, minimisant ainsi l'impact sur l'environnement et les conséquences ultérieures. -composants de scène.

Les espaces de décharge ne nécessitent pas de coûts supplémentaires, il suffit de les dessiner sur le PCB lors du dessin de la carte, mais il est important de noter que cette forme d'espace de décharge est un espace de décharge sous forme d'air et ne peut être utilisée que dans des environnements où des décharges électrostatiques se produisent occasionnellement. S'ils sont utilisés dans des environnements où les décharges électrostatiques se produisent fréquemment, les dépôts de carbone s'accumuleront aux deux points du triangle en raison de décharges fréquentes, provoquant éventuellement un court-circuit sur l'espace de décharge et provoquant un court-circuit permanent de la ligne de signal vers la terre, entraînant une panne du système.

En fait, la conception de PCB présente de nombreuses joies, mais ce n'est qu'en pratiquant que vous parviendrez à une compréhension approfondie. Si des amis ont des sentiments sur la conception de PCB après avoir lu cet article, ils peuvent nous contacter pour un échange.

Pour la planification de la production, il est également utile de comparer ce sujet avec la sélection des matériaux des circuits imprimés et la comparaison des finitions de surface avant de finaliser le processus de fabrication ou d'assemblage.

Conclusion

La conception des PCB est cruciale en électronique, car elle constitue le cœur du circuit. Pourtant, la compréhension est souvent limitée. Des schémas détaillés, détaillant les formes d’onde, la mécanique et les emplacements, sous-tendent un routage de qualité. Un examen rigoureux, une communication claire et une spécification précoce du chemin/composant évitent les problèmes, garantissent la satisfaction et optimisent l’efficacité. Des coussinets spécialisés (gouttes, dents de décharge) améliorent la fiabilité en empêchant le détachement et en atténuant la haute tension. L'expérience et le partage des connaissances sont essentiels à la maîtrise de la conception de PCB.