Altium Designer 20 a modifié mon process de fabrication carte électronique

Je viens de finaliser ma première conception de PCB avec Altium Designer 20®. En même temps, j'ai testé quelques nouvelles fonctionnalités de l'AD20, et dans cet article, je vais partager mes réflexions sur les nouvelles fonctionnalités d’agencement possible lors du process de fabrication de circuit impriméqui m'ont le plus impressionné : le glissement, et le routage tout angle. Après avoir lu et regardé des vidéos concernant ces fonctions de routage, j'étais impatient d'essayer. Je dois souvent router des pistes dans des zones courbes qui ont une topologie de routage à 45 degrés. J’ai donc souvent rencontré des problèmes frustrants lorsque j’avais besoin de placer toutes les pistes dans une zone spécifique. L'AD19 incluait déjà une sorte de "routage tout angle", puisque cette version vous laissait libre de sélectionner n'importe quel angle pendant le routage lors du process de fabrication de circuit imprimé. Mais lorsque j'ai ajouté et activé les règles de conception des espacements, je ne pouvais pas m'approcher suffisamment des bords ou des objets arrondis. J'étais donc forcé de conserver des espacements beaucoup plus importants que nécessaire. Pendant ce temps, la réduction manuelle des espacements a prolongé la durée de l’agencement, sans que le résultat me donne réellement satisfaction. Après tant de frustration, j'attendais beaucoup des fonctions de glissement et de routage tout angle.

Une fonction de glissement améliorée a modifié mon process de fabrication de circuit imprimé et de routage pour les petits groupes de pistes. Au lieu de router toutes les pistes au premier essai, j'ai fait un routage rapide et approximatif pour un groupe de pistes sans me soucier des angles, des espacements optimaux ou d'autres détails. J'ai effectué le regroupement final et l'optimisation de l’agencement en utilisant la fonction de glissement. Cela m’a permis de les placer dans les positions les plus pratiques. Au début, tout s’est bien passé. J’ai défini l’empilage, les règles de largeur et d’espacement en fonction de l'impédance de la cible et la minimisation des interférences diaphoniques. Après ce routage approximatif, j'ai regroupé les pistes pour les placer sur leurs positions finales avec la fonction de glissement. Le glissement a également bien fonctionné pour les pistes placées avec un routage à un angle arbitraire. Lorsque vous glissez des pistes routées vers une piste "verrouillée" (sélectionnez Contourner Obstacles) lors du process de fabrication de circuit imprimé, la piste glissée prend la même forme tout en respectant la règle d’espacement minimal. Pour un petit groupe de pistes, cette méthode permet de créer rapidement des routages tout en respectant les règles de conception. Sur l'image 1, des exemples montrent de nombreuses possibilités pour organiser les pistes avec la fonction de glissement. 

Image 1. Glissement de pistes routées dans un groupe. L'image en haut à gauche présente un routage rapide et approximatif. Les autres exemples illustrent différentes options pour organiser les pistes positionnées par glissement lors du process de fabrication de carte électronique.

Lorsque vous glissez une piste à proximité du contour de la carte ou de la zone de découpe, la piste prend la forme du bord de la carte tout en conservant la règle prédéfinie d’espacement du bord de la carte (Image 2). J'y vois des avantages évidents pour concevoir des circuits imprimés ou des systèmes électroniques. Dans cette situation, la zone sur la carte n'est jamais rectangulaire, mais suit plus ou moins la forme de la pièce. Avec le glissement, je peux tracer une ligne droite et la pousser jusqu'au bord de la zone. Je peux donc router des pistes sur la position autorisée la plus proche du bord du PCB. Je peux ainsi utiliser toute la zone d'implantation disponible, et pas seulement les zones où nous avons placé des pistes à 45 degrés. AD20 permet de glisser des pistes individuelles ou groupées de manière intelligente. Cette caractéristique est très utile lors du process de fabrication de circuit imprimé, notamment pour grouper des pistes dans une zone optimale ou peut-être même dans une zone minimale. L'avantage de cette méthode est particulièrement remarquable pour travailler sur des panneaux aux bords incurvés. 

Image 2. Lors du process de fabrication de carte électronique, positionner des pistes par glissement vers le contour d'un circuit imprimé. La première image représente une approche traditionnelle. La deuxième image illustre le glissement des pistes vers le bord incurvé de la zone.

Le routage tout angle permet de trouver la piste la plus courte nécessaire entre deux points. L'image 3 ci-dessous donne un exemple dans lequel la piste surlignée a été acheminée par la méthode traditionnelle à 45 degrés et la piste plus légère est une option avec le routage tout angle. Comme vous pouvez le voir, l’angle de la piste change de manière intelligente en évitant les vias. Il en va de même pour tout obstacle, tels que pistes et composants, tout en gardant un routage fluide et régulier. J'ai routé beaucoup de pistes avec tous les angles de routage imaginables. Dans tous les cas, j'ai pu trouver le routage, même dans des situations difficiles lors du process de fabrication de circuit imprimé avec de nombreux obstacles de tailles et de formes différentes. Cela m'a donné une nouvelle méthode de routage : le principe de la distance minimale de routage.

Process fabrication carte électronique : Image 3. Longueur minimale de la piste avec le routage tout angle

Le principe de la distance minimale de piste présente quelques avantages. C'est le cas, par exemple, de la conception des capteurs capacitifs. Ces capteurs mesurent des capacités extrêmement faibles, même inférieures à un picofarad. C'est pourquoi il est important de concevoir un routage avec une capacité parasite minimale. Chaque piste routée a une capacité parasite (et également une inductance), et la capacité dépend à la fois de la conception de l'empilage et de la longueur de la piste. La capacité par longueur peut être obtenue rapidement à partir du profil d'impédance du gestionnaire des couches. La capacité totale est alors obtenue simplement en multipliant la longueur de la piste par la capacitance par longueur. Minimiser la capacitance de la piste exige de minimiser la longueur de la piste. 

Dans d’autres situations, le temps de montée rapide peut causer des problèmes d'intégrité du signal. Avec la topologie de routage à 45 degrés, la longueur d'une piste peut être suffisamment longue pour causer des problèmes, mais le fait de redresser la ligne avec le routage tout angle peut minimiser la longueur en dessous de la valeur critique. Je ne dirai pas qu'un routage tout angle résout à lui seul ce problème, car il faut néanmoins insérer une terminaison si le temps de montée est trop rapide, même en raccourcissant la piste. Le routage tout angle vous permet de trouver la longueur minimale de la piste. Cela peut être utile, mais pas systématiquement. Après avoir raccourci la piste, vous devez encore déterminer, entre autres, si une terminaison est nécessaire ou non.

Sur un circuit imprimé, une longueur de piste minimale abaisse la résistance des pistes. Dans ce cas, le raccourcissement de la longueur de piste est toujours bénéfique, car la résistance des pistes conductrices imprimées joue toujours un rôle important. Chaque ohm que vous pouvez retirer de la piste en vaut la peine.

Le routage tout angle est un excellent choix dans les zones d'agencement encombrées. Jusqu'à présent, le routage à 45 degrés se bloquait dans des conditions de "rush", alors que le routage tout angle fait le travail sans problème. Le routage tout angle permet de router des pistes plus facilement dans des zones encombrées, avec de nombreux vias et composants, des zones de restriction ou autres obstacles dans de petites zones. Au lieu de se bloquer parce que la piste ne trouve pas de chemin avec des angles de 45 degrés, le routage tout angle trouve le chemin le plus approprié pour la piste et contourne les obstacles tout en respectant la règle d’espacement. Le routage tout angle permet de "serrer au plus près" les obstacles avec un minimum de dégagement, quelle que soit la forme de la piste. L'image 4 ci-dessous en donne un exemple.

Process fabrication carte électronique : Image 4. Routage tout angle dans une zone encombrée

Pour l’agencement, nous devons également penser à la diaphonie. La diaphonie est causée par un espacement trop faible entre les pistes par rapport à l'épaisseur du diélectrique entre la piste et le plan de référence. Alors que j’utilisais le routage tout angle, j'ai remarqué que les pistes se déplaçaient rarement en parallèle avec l’espacement minimal autorisé. Au lieu de cela, les pistes vont plutôt dans des directions légèrement différentes, car il est rare que les distances les plus courtes entre deux ensembles de points mènent exactement dans la même direction, comme on peut le voir sur l’Image 5. Par conséquent dans de nombreux cas, les distances entre les pistes étaient plus grosses que le minimum autorisé, ce qui réduit la diaphonie. Et cela s'est produit accidentellement avec le routage tout angle. Certains diront que l'agencement obtenu n'est pas vraiment élégant, mais en fin de compte, est-ce nécessaire si cela fonctionne mieux ?

Image 5. Même conception avec un routage à 45 degrés et un routage tout angle.

Après avoir terminé mon PCB, j'ai conclu que le glissement et le routage tout angle offrent les avantages suivants :

1. Le glissement permet de regrouper rapidement des pistes. Quel que soit l'angle, le regroupement peut se faire en douceur tout en tenant compte des règles d'espacement.
2. Grâce à la fonction de glissement, vous pouvez utiliser le PCB entier ou une seulement une zone, ce qui est particulièrement utile lorsque la zone est courbée.
3. Avec le routage tout angle, vous trouvez aisément le chemin de piste le plus court. Cela vous permet d’utiliser le principe de la piste la plus courte, qui minimise les capacitances parasitiques, les inductances et les résistances de l'électronique imprimée.
4. Le routage tout angle offre d'énormes avantages dans les zones encombrées. Il accélère indiscutablement le routage et offre beaucoup plus de liberté en termes de directions de routage.
5. En utilisant le principe de la longueur minimale des pistes et le routage tout angle, vous diminuez "accidentellement" la diaphonie, car vous ne routez probablement pas les pistes parallèlement à la distance minimale.

Le glissement et le routage tout angle ensemble ont changé mes habitudes de routage pour créer des PCB et des produits électroniques imprimés. Ces fonctions apportent de nouvelles possibilités de routages plus rapides et plus faciles. En outre, elles peuvent aussi ouvrir de nouvelles possibilités, pour mettre en œuvre différents principes de routage, comme la distance minimale entre les pistes. J'avais de grandes espérances quand j’ai commencé la conception de PCB. Et je n’ai pas été déçu. Après avoir utilisé ces fonctions, j’ai constaté qu'elles étaient incroyablement utiles dans toutes les tâches d’agencement et de routage.

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