Du schéma au PCB : Flux de travail complet avec Altium Designer

PCB, abréviation de Printed Circuit Board (circuit imprimé), est fabriqué par technologie d'impression électronique et assure la connexion électrique des composants. Le schéma est le seul principe que la conception PCB doit suivre, déterminant le nombre de couches du PCB selon la complexité du schéma et la taille du PCB afin d'implémenter finalement les fonctions définies par les concepteurs de circuits. En termes de nombre de couches, les PCB peuvent être classés en simple face, double face, 4 couches, 6 couches et autres types multicouches. Avec le développement de la technologie électronique, les PCB sont largement utilisés dans tous les domaines et présents dans presque tous les appareils électroniques.

Il existe de nombreux types de logiciels de conception PCB avec leurs avantages et inconvénients. Dans cet article, Altium Designer est utilisé pour le processus allant de la conception du schéma à la génération des fichiers de conception PCB.

Processus de conception

• Conception du schéma

Avant la conception d'un type de produit, une conception préliminaire doit être réalisée : planification du module de base du circuit, dessin du schéma, tout cela pouvant être fait manuellement. Ensuite, une conception simple servira d'exemple pour illustrer le processus de conception PCB.

• Conception du schéma de circuit

Tout commence par une idée. Vient ensuite le schéma de circuit et enfin la conception PCB. La conception du schéma est la base de la conception PCB, corrélée à l'effet de cette dernière ; si quelque chose ne va pas dans le schéma, des erreurs se répercuteront sur le PCB. Il est donc primordial de déterminer la justesse et l'exactitude de la conception du schéma.

• Établissement du schéma

1). Ouvrez Altium Designer et accédez à l'interface principale.

Par ordre de priorité, cliquez sur Fichier > Nouveau > Projet > Projet PCB et complétez l'établissement du projet avant de l'enregistrer. Un avantage de l'établissement du fichier projet réside dans la commodité d'administrer les fichiers inclus : fichiers de symboles de schéma (.schlib), fichiers d'empreintes PCB (.pcblib), fichier de schéma (.SCH) et fichier PCB (.PCB). Après la compilation et l'édition du schéma, la liste de nets sera importée dans le PCB, de sorte que le schéma et le PCB sont considérés comme corrélés et des opérations interactives peuvent être effectuées entre les fichiers. S'ils ne sont pas dans le même fichier projet, le PCB et les schémas seront considérés comme indépendants et la liste de nets du schéma ne sera pas automatiquement importée dans le fichier PCB. Sans fichier projet, le chemin vers le schéma devra être trouvé lors de l'importation de la liste de nets dans le PCB. Dans une certaine mesure, établir un fichier projet est plus commode.

2). Le schéma étant entièrement réalisé par la connexion entre symboles, les symboles de schéma doivent d'abord être établis.

Dans le fichier projet, cliquez sur Fichier > Nouveau > Bibliothèques > Bibliothèques de schémas et enregistrez. Dans le fichier de schéma, établissez méthodiquement les symboles requis. Le circuit de cet article contient un interrupteur, des LED et un connecteur ; les symboles de ces composants sont maintenus dans Altium Designer. Cependant, pour une conception totalement compatible avec vos exigences, il est préférable d'établir votre propre bibliothèque. En fait, peu d'ingénieurs utilisent les bibliothèques intégrées. Lors de l'établissement de la bibliothèque, vous devrez trouver les spécifications des composants correspondants pour garantir la justesse des noms de broches et des repères tels que l'anode et la cathode d'une LED ou les trois bornes d'un transistor.

3). Établissement de l'empreinte PCB.

Cliquez sur Fichier > Nouveau > Bibliothèques > Bibliothèques PCB (.pcblib) et enregistrez. La qualité de l'empreinte PCB détermine la fabricabilité des PCB. Outre la correspondance entre anode/cathode et symboles de schéma mentionnée ci-dessus, de nombreux détails doivent être surveillés. Par exemple, une attention particulière doit être portée aux boîtiers QFP car les spécifications fournissent généralement une vue arrière, qui doit être imagée lors de l'établissement de l'empreinte PCB. Sinon, la bibliothèque établie sera inversée. Les pastilles pour composants et la taille des vias doivent également respecter des principes. La taille des vias de composants dépend du diamètre des broches, tandis que celle de la pastille dépend de la taille du via.

Prenons l'exemple d'une empreinte LED avec un diamètre de 3 mm, un espacement de broches de 2,54 mm et un diamètre de broches de 0,6 mm. Dans l'interface des Bibliothèques PCB :

a. Placement des pastilles
① Diamètre du via de la pastille = diamètre de la broche + 0,3 mm + 0,9 mm ;
② La pastille est conçue circulaire. Son diamètre = diamètre du via 0,9 mm + 1,2 mm = 2,1 mm (généralement face simple + 1,2 mm, double face + 1,0 mm) ;
③ Si le CMS est appliqué, la pastille est généralement placée sur la couche supérieure ;
④ Coordonnées de placement : X (-1,27 mm) et Y (0) ;
⑤ La pastille est définie comme broche 1 (Designator = 1) ;
⑥ La seconde pastille est placée avec la même méthode, sauf que ses coordonnées sont X (1,27 mm) et Y (0) et la pastille est définie comme broche 2 (Designator = 2).

Pour faciliter la fabrication, l'origine est placée au centre du composant dans l'empreinte, d'où les coordonnées ±1,27 des pastilles ci-dessus.

b. La sérigraphie est dessinée juste après le placement des pastilles.

c. Enregistrez et nommez le fichier.

4). Une fois les symboles de schéma et l'empreinte PCB établis, vient la connexion entre eux.

L'empreinte PCB doit être connectée aux symboles de schéma dans les attributs du composant. Après l'établissement des bibliothèques de symboles et d'empreintes, les bibliothèques correspondantes doivent être éditées et compilées. Altium Designer vérifiera les informations de chaque composant et, en cas d'erreur, une fenêtre d'avertissement apparaîtra automatiquement.

5). Dessin du schéma.

Après l'établissement des symboles et de l'empreinte, le schéma commence à être dessiné. Dans le fichier projet, cliquez sur Fichier > Nouveau > Schéma.

Dans l'interface de schéma, un format A4 est choisi (en réalité, un format approprié peut être choisi selon votre projet). Ensuite, trouvez les symboles établis et placez-les dans l'interface un par un. Enfin, les broches doivent être connectées par des lignes de connexion électrique.

Une fois le schéma terminé, les erreurs peuvent être vérifiées automatiquement. Sur le schéma, clic droit sur le schéma terminé et choisissez « Compiler le document ***.Schdoc » dans le menu contextuel.

• Établissement des fichiers PCB

Dans le fichier projet, cliquez sur Fichier > Nouveau > PCB > Enregistrer.

1). Dessinez le cadre de la carte PCB et sa taille peut être définie selon la structure du système. Sur Mécanique 1, le cadre de la carte PCB est dessiné. Dans l'exemple de cet article, la taille du PCB est 62 × 55 mm.

2). Importez les composants. Les informations de composants du schéma et la liste de nets sont importées dans le PCB. Cliquez sur Design > « Mettre à jour le document PCB ***.pcbDOC » > « Valider les modifications » et « Exécuter les modifications ».

3). Configuration des règles de conception. Dans cette partie, la largeur de piste, la distance entre pistes, la largeur des pistes d'alimentation et de masse sont définies.

4). Placement. Un bon placement est à moitié fait. Les règles à respecter lors du placement incluent :
a. Les trous de positionnement doivent être fixés.
b. Les composants nécessitant des positions fixes doivent être fixés en premier pour éviter qu'ils ne bougent lors du déplacement d'autres composants.
c. Le placement doit se faire du plus grand au plus petit, du plus difficile au plus facile, selon les modules fonctionnels.

5). Routage. Le routage est le processus de placement de pistes et vias sur le PCB pour connecter les composants :
a. Routage interactif : Cliquez sur Placer > Routage interactif, le curseur se transforme en croix pour le routage.
b. Routage automatique : Cliquez sur Auto Route > Tout > Router tout. Le routage automatique démarre.

6). L'ajout de gouttes de larmes et de revêtement de cuivre renforce l'intensité mécanique entre pistes et pastilles ou entre vias traversants.

Généralement, un revêtement de cuivre sur grande surface doit être implémenté après le routage. Ordinairement, il est connecté aux lignes de masse pour augmenter leur surface, ce qui est bénéfique pour diminuer l'impédance de masse et stabiliser la transmission d'alimentation et de signal.

7). DRC (Vérification des règles de conception).

Cliquez sur Outils > Vérification des règles de conception. Via le panneau d'informations, vous pouvez parcourir la liste des rapports d'erreurs et modifier votre conception PCB, puis relancer le DRC jusqu'à ce qu'aucune erreur ne subsiste.

Sortie des fichiers PCB

• Fichier Gerber : fourni au fabricant PCB.
• Schéma d'assemblage : fourni à l'atelier comme manuel d'opération.
• Coordonnées des composants : fourni à l'atelier pour le montage automatique sur machine.
• BOM (Nomenclature) : fourni aux services d'approvisionnement et de fabrication.
• Autres fichiers aux formats requis si nécessaire.

Conception terminée

Jusqu'à présent, nous avons achevé toute la conception PCB, du schéma à la sortie des fichiers. Cet article fournit une vue d'ensemble du processus ; davantage de détails seront découverts dans votre pratique.

PCBCart est là pour vous aider à fabriquer vos PCB

En tant que fabricant PCB basé en Chine avec plus de 10 ans d'expérience dans la fabrication et l'assemblage de PCB personnalisés, PCBCart a les capacités de produire presque tous les types de circuits imprimés. Vos fichiers de conception PCB sont-ils prêts pour la production ? Vous pouvez commencer par obtenir un devis PCB ici.

Ressources utiles :
• Tutoriel de conception PCB pour utilisateurs d'Altium Designer
• Exigences de fichiers pour une fabrication PCB efficace
• Service de fabrication PCB complet avec options à valeur ajoutée multiples
• Réduire le prix de fabrication PCB en concevant selon les capacités standard de PCBCart
• Manuel détaillé sur la génération de devis pour projets de fabrication PCB
• En plus de la fabrication PCB, PCBCart offre aussi un service d'assemblage PCB clé en main complet