Décoder les notes de fabrication des circuits imprimés

Envoyer un circuit imprimé pour la fabrication est un moment à la fois excitant et angoissant. Un premier cycle de fabrication demande beaucoup de travail, et il est important de s’assurer que tout a été contrôlé et peut passer une inspection de la conception de la fabrication (DFM) ! Lorsque vous passez de la conception à la fabrication, l’un des documents les plus importants que vous devez créer est le plan de fabrication. Ce plan inclut des notes de fabrication du circuit imprimé qui indiquent à votre fabricant comment construire votre carte. Pourquoi ne pas simplement donner à votre fabricant vos fichiers de conception et le laisser se débrouiller ?

Il y a plusieurs raisons à cela. La principale est qu’il est de votre responsabilité, en tant que concepteur, de produire les fichiers de fabrication et la documentation pour votre circuit imprimé. En outre, si quelqu’un vous envoie un dessin pour une conception, vous devriez au moins être capable de le lire et de comprendre ce qu’il dit. Si vous n’avez jamais eu besoin de placer des informations dans un dessin de fabrication ou de préparer des notes de fabrication, c’est une étape simple si vous disposez des bons outils de conception. Nous allons voir comment vous pouvez le faire dans votre schéma de circuit imprimé et comment cela vous aidera à générer rapidement des données pour votre fabricant.

Que sont les notes de fabrication du circuit imprimé ?

Un plan de fabrication de circuits imprimés est utilisé par un fabricant pour s’assurer que tous les employés de l’atelier comprennent les exigences d’une conception donnée et la manière dont cette conception doit être fabriquée. Dans un plan de fabrication se trouvent des notes de fabrication de circuits imprimés. Ces notes sont généralement modélisées par différentes entreprises de conception ou de fabrication, car il n’existe pas de norme stricte indiquant ce qui doit ou ne doit pas être inclus dans les notes de fabrication de circuits imprimés. Vos notes ne disent pas littéralement à votre fabricant comment construire un circuit imprimé, elles sont là pour indiquer au fabricant les exigences de la carte nue finale afin que la construction globale soit réussie.

Cela signifie que, lorsque vous vous préparez à envoyer une conception pour la fabrication, vous n’avez pas besoin de réécrire manuellement toutes les notes de fabrication : vous pouvez copier votre modèle dans votre disposition de circuit imprimé, insérer des points importants qui sont spécifiques à la conception, et envoyer le tout à votre fabricant pour révision. Pour vous donner une idée de ce que vous verrez dans les notes de fabrication de circuit imprimé, regardez l’exemple ci-dessous. 

Si vous souhaitez ouvrir une copie textuelle des notes ci-dessus et les adapter à vos projets, vous pouvez les obtenir à partir de ce lien (en anglais). Vos notes peuvent être mises dans un format plus court ou plus pratique pour vos projets. Si vous êtes un concepteur individuel et que vous travaillez sur de nombreux projets, le fait de placer ces notes dans le schéma de montage ou dans un dessin de fabrication peut vous aider à suivre les exigences du projet. Si vous travaillez dans une grande entreprise, vous avez probablement des exigences spécifiques de la part de votre employeur. Si ces exigences ne sont pas spécifiées, c’est à vous, en tant que concepteur, d’y répondre.

Les notes de fabrications des circuits imprimés ne sont pas strictement standardisées en termes de contenu et de format. Cependant, certaines informations de base sont toujours présentes. Des éléments comme l’épaisseur de la carte ou les tolérances sont (ou devraient être) plutôt évidents, c’est pourquoi ils ne demandent pas vraiment d’explications détaillées. Ce qui peut ne pas être le cas pour d’autres aspects. Je ne vais pas aborder tous les points de l’exemple ci-dessus, mais j’aimerais en souligner quelques-uns, car ils sont essentiels pour garantir que votre carte est fabriquée correctement.

Note 1 : Le niveau et la classe des normes IPC

Cette note spécifie le niveau de performance de la carte lorsqu’elle est déployée sur le terrain, conformément à la norme IPC-6012. Il s’agit d’une norme de fiabilité et votre fabricant s’en servira pour déterminer le niveau d’inspection qu’il doit effectuer pour garantir la fiabilité. Les trois classes sont les suivantes :

• Classe 1: réservée aux produits jetables destinés à des utilisations uniques ou peu nombreuses
• Classe 2: destinée aux produits à durée de vie étendue qui seront mis en service continu
• Classe 3: destinée aux produits de la plus haute fiabilité où la vie humaine peut être en jeu en cas de défaillance du produit. Il s’agit d’une exigence standard pour les équipements militaires, médicaux et aérospatiaux.

En général, si vous ne le spécifiez pas, le niveau d’inspection par défaut sera la classe 2, voire la classe 1 si vous faites appel à un fabricant low cost. Certaines conceptions ou certains fabricants ne peuvent se conformer qu’au niveau d’inspection de la norme IPC-A-600 ; j’aborderai ces différences dans un prochain article.

Note 4-6 : Caractéristiques de surface

Toutes les caractéristiques de surface doivent être spécifiées, y compris le vernis d’épargne, la sérigraphie et le placage. Si vous ne les spécifiez pas, vous vous retrouverez généralement avec une finition de surface étain-plomb ou argent, alors assurez-vous de spécifier quelque chose de plus fiable, comme ENIG (Electroless Nickel/Immersion Gold), si vous en avez besoin. En ce qui concerne la police et la taille de la sérigraphie, vous n’avez pas besoin de les indiquer ici, elles figureront dans vos Gerbers.

Note 15 : Exigences en matière d’essais

L’exemple ci-dessus montre une exigence de planéité pour la carte, mais il s’agit en fait d’une liste d’exigences de test. Notez que la partie B de la note 15 indique :

• ESSAI CONFORME À LA RÉVISION ACTUELLE DE LA NORME IPC-TM-650 2.4.22

L’IPC-TM-650 2.4.22 est une méthode de test spécifique à laquelle la carte nue doit se conformer. Il s’agit d’une exigence standard pour garantir que les composants ne soient pas inclinés pendant le soudage et l’assemblage.

D’autres exigences de test pourraient être énumérées dans cette section. Il peut s’agir de tests de chute ou de délamination, de tests de vibration, de tests d’oxydation, de tests de cycles de température ou de tout autre test que vous jugez important pour votre application finale. Si une norme IPC ou une autre norme industrielle indique la méthodologie requise pour le test, cette norme doit être mentionnée avec la spécification à laquelle la carte doit répondre. C’est courant pour les cartes aéronautiques qui ont des exigences spécifiques de sécurité ou de fiabilité au-delà de celles spécifiées dans les normes IPC. S’il s’agit d’un projet de loisir ou d’un prototype unique, vous n’avez généralement pas besoin de spécifier autre chose que la planéité, qui est une exigence de performance standard parmi les fabricants.

Note 16 : Matériau du circuit imprimé

Cette section doit spécifier les exigences les plus importantes de votre matériau. L’indice d’inflammabilité dans l’exemple ci-dessus est l’indice standard NEMA qui est utilisé pour définir ce qu’est un substrat FR4. L’autre note (partie B dans l’exemple) est la valeur de la température de transition vitreuse (Tv). Plus la température de fonctionnement prévue de votre carte est élevée, plus la valeur Tv requise pour le substrat est élevée, ce qui garantit que le support du circuit imprimé peut résister aux cycles thermiques. Dans cette section, vous ne devez pas spécifier les exigences en matière de constante diélectrique : elles sont couvertes par la section sur l’impédance.

Note 17 : Tolérance d’enregistrement

Le niveau d’enregistrement de votre carte fait référence au désalignement horizontal entre les couches du circuit imprimé. Lorsque le circuit imprimé est pressé, il y a des variations mineures dans l’alignement latéral des couches, généralement moins de quelques millièmes de pouce. Il n’est jamais possible de ramener ce chiffre à 0, mais les fabricants s’en approchent généralement suffisamment pour que vous n’ayez pas à vous soucier d’un mauvais alignement lors du perçage et du placage des vias. Un faible désalignement garantit que tout tampon placé sur des trous traversants sera aligné et établira une connexion solide avec le canon du trou.

Dans les conceptions IPC de classe 3, vous devrez probablement ajouter une larme pour assurer une connexion solide au trou d’interconnexion en cas de mauvais alignement et de rupture. Assurez-vous que vos outils de routage du circuit imprimé peuvent appliquer des larmes si vous concevez à ce niveau de fiabilité.

Note 19 : Impédance

L’impédance peut être délicate, car elle est étroitement liée aux exigences des matériaux du circuit imprimé. La raison pour laquelle nous voulons spécifier la TV et l’inflammabilité dans la Note 16 est que ces valeurs peuvent s’appliquer à une gamme de matériaux différents. Cependant, tous ces matériaux applicables ne vous donneront pas exactement la bonne impédance. Ainsi, l’impédance que vous spécifiez peut n’être possible qu’avec quelques matériaux spécifiques qui peuvent s’intégrer dans votre empilement.

Il existe plusieurs façons de définir vos exigences en matière d’impédance dans votre conception :

• Spécifiez la largeur et l’espacement: vous pouvez spécifier les valeurs d’impédance dont vous avez besoin pour les pistes simples ou les paires différentielles sur différentes couches, ainsi que la largeur requise, comme je l’ai fait dans l’exemple. Notez que tous les fabricants ne peuvent pas ou ne veulent pas sélectionner les matériaux pour atteindre ces objectifs pour vous. Certains fabricants n’ont tout simplement pas assez de matériaux en stock pour mélanger et assortir les laminés afin d’atteindre vos objectifs, ce qui peut vous pousser à changer de fournisseur ou payer un supplément.
• Utilisez le stock de votre fabricant: la meilleure solution consiste à appeler votre fabricant et lui demander son empilage standard pour votre nombre de couches. Ensuite, utilisez ses valeurs de largeur de piste/espacement de paire pour votre carte, afin de garantir une impédance contrôlée. Vous obtiendrez ainsi l’assurance que votre fabricant peut effectivement fabriquer votre carte telle que vous l’avez conçue. Vous n’êtes pas obligé de le faire, mais lorsque vous passez à un nombre de couches plus élevé, l’ampleur de la reconception nécessaire pour répondre aux exigences en matière d’impédance devient plus importante. Il est donc préférable de demander ces informations avant de commencer la conception.

Si vous avez plusieurs exigences à spécifier sur différentes couches, vous pouvez créer un tableau d’impédance qui inclut les informations relatives à la largeur de piste et à la couche de référence de votre dessin de fabrication de circuit imprimé.

Où placer vos notes de fabrication de PCB ?

Les notes doivent être placées dans le dessin de fabrication, par exemple dans un fichier DWG/DXF ou dans un fichier PDF. Le plan de fabrication de la carte, le tableau de perçage, le tableau d’impédance et le plan d’empilage peuvent tous se trouver sur la même page. Vous pouvez également placer les notes sur cette page, s’il y reste de la place. Il est courant de placer le dessin de perçage, le dessin d’empilage, le tableau de perçage et les notes sur une page, puis de placer les couches Gerber sur une autre page.

L’autre option est de les placer directement dans le schéma de montage, ce qui signifie que vous transformez votre schéma de montage en un grand dessin de fabrication de circuit imprimé. Utilisez un objet String dans votre circuit imprimé et collez-y directement les notes de fabrication. Elles peuvent être placées sur une couche mécanique et exportées comme partie de vos Gerbers (vous pouvez les placer dans la couche Drill Drawing). Ainsi, toute personne qui dispose de votre fichier peut voir les notes de fabrication directement à côté du projet.

Appelez votre fabricant dès le début pour garantir votre succès

Le meilleur moyen de construire une nouvelle carte est d'appeler le fabricant dès le début pour savoir ce que doivent contenir les notes de fabrication du circuit imprimé. Si vous pouvez obtenir ces données rapidement, vous pouvez les inclure dans vos notes de fabrication de circuit imprimé avec votre dessin de fabrication. Ce document sera le dépôt central des données de conception de votre projet, il est donc bon de conserver des notes de fabrication détaillées pour la conception si vous envisagez de la produire à nouveau à l’avenir. La conservation de la documentation est également utile pour les concepteurs individuels qui souhaitent travailler dans des entreprises plus importantes, où la documentation est beaucoup plus complexe et complète.

Avant de préparer vos notes de fabrication de circuit imprimé, vous devrez créer votre schéma de circuit imprimé avec un logiciel de haute qualité et facile d’utilisation comme CircuitMaker. Les utilisateurs peuvent facilement créer de nouveaux projets et effectuer une transition en douceur vers la fabrication. Tous les utilisateurs de CircuitMaker ont également accès à un espace de travail personnel sur la plateforme Altium 365. Ils peuvent télécharger et stocker des données de conception dans le cloud, et visualiser facilement les projets via un navigateur Web dans une plateforme sécurisée.

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