Comment concevoir des PCB ?
Les conceptions de circuits imprimés commencent lorsqu'un ingénieur en électronique choisit les composants nécessaires pour exécuter les fonctions du produit final, puis détermine la meilleure façon de connecter ces composants électriquement.
La conception donne au fabricant de nombreuses informations, notamment la dimension du circuit imprimé, la taille et la position des trous et la définition mécanique globale ; il peut également incorporer des notes faisant référence au type de matériau, aux spécifications, aux exigences UL, au masque de soudure et aux exigences de test.
CAO : créer du matériel avec des logiciels
Tandis que Conception de PCB étaient autrefois lus manuellement sur film mylar, ils sont maintenant créés à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Le logiciel de CAO détermine automatiquement les itinéraires pour les conducteurs, réduisant ainsi le travail manuel requis. La plupart des fournisseurs de CAO fournissent une bibliothèque de formes et de tailles de composants disponibles. Ces formes et tailles sont appelées contours. La zone où ces composants entrent en contact avec la carte s'appelle l'empreinte.
Sélection des matériaux
Étant donné qu'une variété d'épaisseurs de cuivre, de propriétés époxy et de types de tissage de verre sont disponibles, le concepteur doit définir la combinaison souhaitée. Une considération importante est la composition du préimprégné - l'agent qui lie les couches d'un PCB multicouche. Le préimprégné (ou résine de stade B) est un tissu de verre qui a été imprégné d'époxy puis partiellement durci. Il existe 3 propriétés de base : thermique, électrique et chimique.
Spécification des finitions métalliques
Le cuivre est utilisé comme conducteur dans la plupart des PCB en production, et s'il n'est pas protégé, il ternira et empêchera la bonne soudabilité des composants sur la carte nue. Un métal qui ne ternit pas ou est lent à ternir est appliqué pour protéger les surfaces de cuivre exposées du PCB. Les finitions de surface métalliques varient en termes de prix, de durée de conservation, de fiabilité et de traitement d'assemblage. Certaines des finitions de surface populaires sont répertoriées ci-dessous :
- Hot Air Solder Leveling (HASL) : le circuit imprimé est plongé dans un bain de soudure fondue (étain-plomb).
- Electroless Immersion Gold (ENIG): C'est l'une des méthodes de finition RoHS les meilleures et les plus populaires. ENIG offre un excellent mouillage, coplanarité, oxydation et longue durée de conservation.
- Immersion argent
- Préservateur de soudabilité organique (OSP) : OSP est un composé organique à base d'eau compatible RoHS qui se lie sélectivement au cuivre et fournit une couche organique/métallique qui protège le cuivre pendant le brasage.
- HASL sans plomb : le bain de fusion est exempt de plomb et RoHS. Il utilise un alliage modifié au nickel pour donner des résultats similaires.
Création de la feuille de superposition
Lors de la dernière étape, le concepteur crée une feuille d'empilement qui fournit une vue d'ensemble du tableau.
Génération de données de fabrication
- Spécifications internes ou industrielles
- Exigences du Laboratoire des assureurs (UL)
- Exigences de test
- Spécifications personnalisées
Transfert de la conception au fabricant
Les formats de transfert de données les plus utilisés sont utilisés ci-dessous :
- Gerber et son dérivé, Gerber RS-274X.
- ODB++, GenCAM et PIC-D-350.
Conversion de la conception pour l'outillage
Le processus de fabrication commence par le transfert des données électroniques reçues du concepteur, à l'aide de programmes spéciaux appelés logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO). La FAO permet au fabricant d'effectuer :
- Effectuer la panélisation et le photo-tooling
Le processus de panélisation consiste à utiliser plusieurs images PCB pour remplir toute la surface du panneau de stratifié de la manière la plus économique. Fonctions auxiliaires : numéros de couche, symboles UL, bordures et coupons de test, sont ajoutés au panneau. Ensuite, il est transféré au traceur photo : une machine qui dessine l'image panélisée avec une lumière laser à travers le processus d'imagerie. L'image finale est dessinée sur un film photographique.
L'imagerie laser directe (LDI) est une autre méthode d'application ou d'exposition du Conception de PCB au panneau de fabrication en imageant directement les circuits sur le panneau de fabrication à l'aide d'un laser puissant.
- Génération de données de perçage et de routage
Génération du forage à commande numérique (NC) et des données de routage pour transmission à la section de forage.
- Programmation des données d'inspection et de test
Les fabricants utilisent l'inspection optique automatique (AOI) pour trouver des ruptures ou des courts-circuits dans le routage des PCB. Le fabricant programme la mémoire AOI en utilisant une carte dorée ou des données CAO comme référence. La machine AOI scanne la planche en cours d'inspection et la compare avec la planche dorée. En cas de discordance, la machine a identifié l'emplacement des défauts.
La carte nue est testée électriquement pour s'assurer que la conception originale est respectée. Il existe deux méthodes de test.
- Test Golden Board : Cette méthode est principalement utilisée lorsqu'aucune donnée Gerber ou électronique n'est disponible pour générer des illustrations utilisées dans le fabricant du PCB. Les produits hérités qui sont généralement traversants, les cartes simples à 2, 4 ou même 6 couches sont toujours testées de cette manière.
- Test Netlist : Cette méthode peut être utilisée lorsque les données Gerber sont disponibles. Elle est effectuée lorsque tous les réseaux (chaîne de points le long d'un circuit) peuvent être extraits des informations fournies. Là où le test du tableau d'or est un test de comparaison, la netlist teste tous les points, garantissant une grande confiance dans l'intégrité électrique. Ce véritable test électrique de point à point n'est qu'à un pas du dessin schématique réel du PCB.
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