Disposition du circuit imprimé - 6 éléments importants à prendre en compte lors de la conception de votre circuit imprimé

Saviez-vous que presque tous les circuits électroniques incluent un PCB Layout ? À l'ère de l'Internet des objets, la demande et la complexité des PCB ne cessent de croître chaque jour. Concevoir un circuit imprimé peut être intimidant, d'autant plus que l'on place plusieurs composants électroniques et un routage optimal dans un espace très restreint. Connaître votre chemin autour d'une disposition de PCB est crucial pour bien faire les choses du premier coup.

Cet article traite des six éléments essentiels à prendre en compte lors de la conception de votre PCB, y compris le choix des matériaux et des composants, le placement des composants, l'empilement des PCB, les types de circuits imprimés, l'alimentation, les problèmes thermiques et les contraintes de la carte.

1. Matériel et Composants

Vous devez considérer le matériel et les composants que vous prévoyez d'utiliser pour votre impression sur les détails pertinents ; vous devez d'abord définir les fonctions que le PCB devra remplir, la taille approximative du produit final, l'interconnexion du PCB avec d'autres circuits et, bien sûr, son emplacement dans le produit.

Certains matériaux peuvent fonctionner à des températures extrêmes; d'autres peuvent tomber en panne et provoquer un court-circuit. Pour cette raison, gardez à l'esprit la température de fonctionnement du produit final concernant le matériau et les composants que vous choisissez pour votre carte de circuit imprimé.

Enfin, considérez le coût et la disponibilité des matériaux. Si vous vous contentez de matériaux difficiles à trouver, ils peuvent être coûteux et longs à localiser, ce qui finira par retarder l'assemblage de votre PCB. Envisagez de choisir un fournisseur de PCB qui peut maintenir un approvisionnement régulier des composants nécessaires pour votre PCB. D'autres domaines à prendre en compte incluent les pièces de rechange, les réparations et les remplacements.

2. Placement des composants de mise en page PCB

La disposition des composants sur le tableau nécessite beaucoup de compétences en résolution de problèmes et de créativité. Parce que chacun a une perspective de conception unique, le placement de vos composants sera unique par rapport à l'idée de quelqu'un d'autre.

Considérez la fabrication du PCB car c'est l'objectif final. Par exemple, les composants similaires tels que les transistors doivent être orientés dans la même direction lorsque vous les placez pour faciliter l'installation et l'inspection par le fabricant.

Gardez à l'esprit la taille et la hauteur d'un composant individuel. Certains composants seront plus gros que d'autres et peuvent entraîner des bosses inégales sur le circuit imprimé lorsqu'ils sont placés les uns à côté des autres. Certains détails plus hauts peuvent bloquer des éléments plus courts, et lorsque la carte est passée dans le four à souder pour graver les pièces sur la carte, elle peut revenir avec des joints de soudure mal connectés. Tenez toujours compte de la hauteur et de la largeur des composants sur la carte - les détails de dimensions similaires peuvent être placés sur un côté de la carte, garantissant que la vague de soudure atteint les plus petites pièces sans être bloquée.

Prévoyez de l'espace pour le routage. Si vous placez des composants trop près les uns des autres, vous serez hors de portée lorsque vous commencerez le routage. Les circuits intégrés, par exemple, ont beaucoup de broches à connecter autour de la carte. Pour éviter de manquer d'espace et de sauter à nouveau par-dessus la mise en page de votre conception, laissez suffisamment d'espace pour les composants qui nécessitent de nombreuses broches à connecter pour faciliter le processus.

3. Empilage de la disposition des PCB

L'empilement de PCB constitue la base de l'ensemble du PCB. Cela implique la mise en place de couches isolantes et de couches de cuivre. La pile comprend les différentes couches du PCB et vous permet d'établir les impédances caractéristiques de chaque couche. Plus le PCB comporte de couches, plus il devient coûteux.

Les cartes de circuits imprimés ont des couches de différents matériaux qui sont laminées avec un adhésif. La couche supérieure est la sérigraphie qui ajoute d'autres indicateurs tels que des lettres et des symboles au tableau. La couche inférieure est la FR4, et elle donne à la planche sa rigidité et son épaisseur. La suivante est la couche de cuivre, suivie du masque de soudure qui donne au PCB sa couleur verte distinctive. L'empilement multicouche optimal minimise le rayonnement et le bruit externe. Cela permet également d'améliorer la compatibilité électromagnétique de votre conception, de maintenir le coût dans les limites du budget et d'assurer l'efficacité de la technique de fabrication.

4. Disposition du circuit imprimé via les types

Un PCB Via permet des interconnexions entre différentes couches de la carte. Les vias peuvent joindre des pistes, des plots et d'autres éléments conducteurs et fournir le chemin pour l'énergie électrique et thermique se déplaçant d'une couche à l'autre. Étant donné que nous forons des trous à travers la carte pour créer les vias, vous devez tenir compte de l'emplacement et de la taille de chaque trou concernant les autres composants du circuit imprimé. Pour plus d'efficacité dans le processus de fabrication, il est bon de s'assurer que tous les vias sur la carte sont de la même taille.

Il existe trois types de vias de base :les vias traversants, les vias aveugles et les vias enterrés. Un via traversant relie deux couches extérieures visibles. Les vias aveugles relient une couche extérieure visible à une couche intérieure invisible. Les vias enterrés relient deux couches intérieures cachées. D'autres types de vias comprennent des vias thermiques pour transférer la chaleur de la couche supérieure vers les couches inférieures ou internes et des vias en tente entourés de masques de soudure pour empêcher les fuites de composants électriques et thermiques. Assurez-vous de discuter des capacités des types de via que vous avez l'intention d'utiliser avec votre fournisseur de PCB, car différents vias ont des capacités de transport de courant différentes.

5. Problèmes d'alimentation et thermiques

Bien que le placement des composants soit crucial pour la conception, pour que ces composants fonctionnent, vous devez également prendre en compte le routage de l'alimentation. Les plans d'alimentation et de masse doivent être internes à votre carte et centrés et symétriques pour éviter que la carte ne se torde ou ne s'incline.

Les problèmes thermiques affectent les circuits imprimés plus grands avec une densité plus élevée et des vitesses de traitement excessives. Pour éviter de tels problèmes, votre PCB doit permettre à la chaleur de se dissiper. Lors de la sélection des matériaux, identifiez les composants générant beaucoup de chaleur et trouvez des moyens d'en détourner la chaleur. L'espace de surface autour des pièces qui deviennent rapidement chaudes est une considération cruciale pour la conception de l'agencement, car elles auront besoin d'espace pour se rafraîchir. Vous pouvez envisager d'inclure des dissipateurs de chaleur, des ventilateurs de refroidissement et des reliefs thermiques. Certains endroits pour ajouter des réserves thermiques incluent des vias traversants pour ralentir le taux de dissipation de la chaleur à travers les couches de PCB.

Cela affecte l'intégrité du signal. Vous devez vous attendre à des problèmes électriques tels que des interférences électromagnétiques dans les appareils électroniques. Pour vous assurer que votre PCB ne cause pas de tels problèmes, évitez de poser des pistes parallèles les unes aux autres. Pour les enregistrements qui doivent se croiser, assurez-vous qu'ils sont à angle droit pour minimiser la capacité et l'inductance mutuelle.

6. Contraintes du conseil d'administration

Tout d'abord, selon l'objectif du PCB que vous concevez, vous devez tenir compte de la taille et de la forme de la carte. La carte est un composant principal du PCB car elle contient toutes les autres pièces. Les facteurs déterminant la taille et la forme du PCB incluent la fonctionnalité et la taille du produit de destination. Par exemple, les produits portables tels que les trackers d'activité nécessitent des PCB beaucoup plus petits que les téléviseurs.

Certains produits nécessitent des PCB avec plus de circuits que la carte ne peut en contenir. Dans de telles situations, vous devrez peut-être utiliser des PCB d'interconnexion haute densité multicouches (PCB HDI) qui permettent de regrouper plus de fonctionnalités dans une zone plus petite. Les interconnexions haute densité ont augmenté les niveaux de fiabilité car elles ont une interconnexion robuste de vias empilés. Un autre avantage des PCB HDI est que les signaux électriques prennent moins de temps à voyager en raison de la proximité des composants.

Problèmes de disposition du circuit imprimé

Étape d'assemblage du circuit imprimé. Une carte bien conçue permet d'éviter de se heurter à des problèmes de configuration de PCB tels que des thermiques affamés, des anneaux annulaires insuffisants, des masques de soudure manquants, des pièges à acide, etc. Des thermiques affamés se produisent lorsque les traces de décharge thermique et les plans de cuivre associés sont mal connectés. Des masques de soudure manquants sont susceptibles de se produire dans des cartes étroitement espacées lors de l'installation de la nomenclature d'un PCB à bord. Les pièges à acide peuvent provoquer des circuits ouverts sur une carte PCB en raison des traces de déconnexion de leurs réseaux assignés. Les coups de forage manqués provoquent des anneaux annulaires. Il est crucial de prendre en compte le dans la fabrication des PCB ; il y a de fortes chances d'échecs de mise en page, ce qui peut grandement affecter négativement la fonctionnalité du produit final. Il existe plusieurs règles de disposition des PCB pour éviter de tels problèmes entraînant des pertes, de mauvais prototypes et une perte de temps.

Conclusion

Cet article a abordé les différents problèmes à prendre en compte lors de la conception d'une carte de circuit imprimé et certains problèmes qu'un PCB mal conçu peut causer. Certains sujets abordés incluent le placement des composants, les contraintes de la carte, l'empilement des PCB, les matériaux et les composants, les effets de puissance et thermiques et les types de via PCB.

Pour connecter les différents composants du PCB, nous imprimons des chemins conducteurs sur la carte. Étant donné que les connexions sont internes, la complexité de la conception globale est considérablement réduite. Des éléments tels que des circuits intégrés, des transistors et des résistances se montent dans la carte par soudure.

Les PCB sont essentiels au fonctionnement des appareils IoT et des cartes graphiques, des cartes mères, des cartes d'interface réseau, des téléviseurs, des téléphones portables, des tablettes, etc. Au fur et à mesure que la technologie progresse, la complexité d'une configuration de PCB augmente également. Cela dit, obtenir la bonne conception pour la production sera payant avec une carte de circuit imprimé de haute qualité. Votre produit final doit non seulement fonctionner de manière fiable comme prévu, mais également respecter le budget. Nous espérons que cet article vous guidera vers une bonne disposition de PCB.