DFM dans votre agencement de PCB

Construire une carte signifie se conformer au processus de fabrication pour votre empilement de couches et la sélection des matériaux. À un certain moment, vous devrez concevoir les connexions sur votre PCB, et même celles-ci ont des exigences spécifiques destinées à garantir la fabricabilité. Dans cette section de notre cours intensif sur le DFM, nous examinerons certaines des contraintes de base du DFM sur les éléments conducteurs d'un PCB, ainsi que le développement des couches de sérigraphie de surface/masque de soudure pour le DFA.

Réussir le DFM dans la disposition du PCB commence par définir vos règles de conception pour tenir compte des contraintes DFM importantes. Les règles de DFM présentées ci-dessous reflètent certaines des capacités de conception contemporaines que l'on trouverait chez la plupart des fabricants. Assurez-vous que les limites que vous définissez dans vos règles de conception de PCB ne violent pas ces limites afin de vous assurer que vous respectez la plupart des limitations de conception standard.

Stratégiser votre disposition de PCB

Avec vos sélections de matériaux finalisées, il est maintenant temps de plonger dans les détails spécifiques de la disposition de votre PCB. Bien que les flux de travail d'ingénierie individuels puissent différer d'un concepteur à l'autre, il existe un certain nombre de considérations de conception primaires qui nécessitent des exigences de DFM précises pour considérer une carte 100% prête pour la fabrication. Dans les sections suivantes, vous apprendrez les spécificités de la stratégie de votre disposition de PCB, y compris les spécifications SMT et traversantes, la documentation de sérigraphie, les applications de masque de soudure, et plus encore.

Taille et exigences de dégagement des vias

Les concepteurs professionnels utilisent des PCB multicouches avec routage sur deux couches, ce qui nécessite l'utilisation de vias. Les vias sont une partie critique de chaque conception de PCB et sont responsables de la transmission du courant électrique entre les couches. Lors de la conception de vias traversants métallisés, il est recommandé de maintenir un rapport d'aspect de 8:1 entre le diamètre du trou et la longueur du via. Le tableau ci-dessous montre un ensemble de tailles de forets standard (en mils) :

Les vias standard doivent maintenir des espacements minimaux par rapport aux conducteurs adjacents. Cet espacement dépendra des capacités de traitement spécifiques de l'usine de fabrication, ainsi que de la nécessité d'espacements spécifiques requis pour certains types de PCB (comme les cartes à haute tension). Il existe un espacement entre les vias qui limitera la densité autorisée des vias, avec des espacements typiques de paroi de trou de forage à paroi de trou de forage pouvant aller jusqu'à 10 mils. Ces exigences limiteront la densité avec laquelle les connexions peuvent être routées entre les couches ainsi que la densité des vias de couture lors de la liaison des plans ou des polygones.

À travers le trou ou SMD ?

Choisir entre des composants à traversants ou des dispositifs montés en surface (SMD) aura un impact direct sur vos coûts globaux et le temps de fabrication. Il est recommandé d'opter pour les SMD pour les conceptions de cartes modernes, car cela résulte en des délais de production plus courts et une fiabilité supérieure. La plupart des composants nécessaires pour une conception moderne sont fabriqués en tant que composants SMD. Certaines exceptions incluent les connecteurs, qui sont souvent disponibles en tant que composants SMD ou à traversants. Pour réduire les coûts de production dans une conception et pour s'assurer que le minimum de passages de soudure sont nécessaires, il est souhaitable de n'avoir le placement que sur une seule couche, même dans les cas où les deux types de composants sont mélangés dans le même type de conception.

Anneaux Annulaires

L'anneau annulaire est généralement défini comme la différence entre le diamètre de pad souhaité et le diamètre de perçage correspondant, bien que cela ne soit pas tout à fait correct. La définition classique que je viens de noter fait référence au pad d'atterrissage sur une via. La réalité est que l'anneau annulaire est assez différent de la taille du pad d'atterrissage de la via ; il se réfère au reste de l'anneau de cuivre autour d'un trou percé après que le trou est percé, gravé et plaqué de cuivre. Le foret ne frappe pas toujours le pad parfaitement au centre en raison de l'errance pendant la fabrication. Le résultat est que le foret pourrait être légèrement décentré et laisserait un peu de cuivre autour du trou de la via.

D'après l'image ci-dessus, nous pouvons voir que la largeur de l'anneau annulaire pour une via parfaitement fabriquée obéirait à la formule suivante :

Largeur de l'anneau annulaire = (Diamètre du pad – Diamètre du trou) / 2

Pour assurer que la carte respecte les normes de fiabilité IPC, le diamètre du pad devrait être de 8 mils (Classe IPC 2) ou 10 mils (Classe IPC 3) plus grand que le diamètre du trou de perçage de la via. C'est une limite conservatrice qui garantira qu'il y a presque toujours un anneau annulaire autour de la via finie.

• Apprenez-en plus sur la conception de via à haute fiabilité dans votre agencement de PCB.

Rapport d'Aspect de Via

Le rapport d'aspect d'une via est le rapport entre la profondeur de la via et le diamètre du trou percé (après application du placage). Le rapport d'aspect des vias devrait être maintenu suffisamment bas pour assurer une fabrication à haut rendement de ces structures. Pour des conceptions plus avancées, comme les PCB HDI qui utilisent des microvias, la limite du rapport d'aspect peut être très petite, atteignant 1:1 ou moins. Assurez-vous de vérifier les capacités de votre fabricant avant de commencer à ajouter des vias dans l'agencement du PCB. Vous pouvez définir les limites sur les tailles de via dans les règles de conception de votre PCB.

Via-dans-Pad et Micro Vias

Lorsque les densités de connexion deviennent très élevées, comme dans un BGA à pas fin, il est possible de placer la via directement dans la pastille de connexion d'un composant. Le design via-in-pad permet un placement rapproché des composants car les vias n'ont pas besoin d'être placées à une certaine distance de leur pastille de connexion. Les conceptions via-in-pad nécessitent un remplissage avec de l'époxy conducteur ou non conducteur, suivi d'un bouchage et d'un plaquage pour protéger l'intérieur de la structure de la via.

Le via-in-pad est utilisé avec des vias traversantes dans les cas où le perçage mécanique est encore possible, la limite pouvant être aussi petite que 8 mils. Lorsque la densité des composants est extrêmement élevée, des techniques de conception HDI sont nécessaires pour réaliser des connexions aux couches internes. C'est un sujet plus avancé qui est discuté dans nos autres eBooks.

Les vias doivent-ils être tentés ?

Un via masqué est un via standard dont les couches de surface sont recouvertes de masque de soudure de sorte qu'aucun cuivre n'est exposé. Il est courant de définir les petits vias (12 mils ou moins) comme étant masqués. Les vias plus grands peuvent nécessiter un bouchage et un remplissage avant de pouvoir être masqués avec du masque de soudure. Les vias sont masqués pour diverses raisons, et il est judicieux de les masquer lorsqu'ils sont très proches des pads de connexion sur les composants CMS. L'exemple ci-dessous montre un cas où il est nécessaire d'appliquer un masquage en raison de la proximité entre les vias et un groupe de pads de soudure sur un composant CMS. Dans ce cas, si les vias n'étaient pas masqués, il est possible que la soudure s'infiltre à travers ceux-ci jusqu'au dos du circuit imprimé, causant potentiellement un court-circuit.

Bien qu'il y ait des préoccupations d'assemblage, il peut encore y avoir une raison de laisser des vias non masqués. Par exemple, si un via spécifique est souhaitable pour être utilisé comme point de test, alors il doit être accessible avec une sonde, donc le masque de soudure devra être retiré de ce via. Les tests seront discutés plus en détail dans le prochain chapitre de cette série.

• En savoir plus sur le masquage des vias

Vias aveugles et enterrés

Semblables aux trous traversants, les vias aveugles et/ou enterrées (BBV) sont des trous qui connectent une ou plusieurs couches. Dans ce processus, un via aveugle connecte une couche extérieure à une ou plusieurs couches internes mais pas aux deux couches extérieures, et un via enterré connecte une ou plusieurs couches internes, mais pas à une couche extérieure. L'image ci-dessous montre une vue en coupe transversale d'un PCB à 6 couches avec des vias aveugles et enterrés :

Ne supposez pas que votre fabricant sera capable de produire toutes les combinaisons possibles de vias aveugles et enterrés. Les vias aveugles et enterrés percés mécaniquement et au laser doivent être placés dans des couches spécifiques pour garantir une fabrication réussie, ils ne peuvent pas être placés sur des paires de couches arbitraires. Assurez-vous de contacter votre maison de fabrication en premier lieu et d'obtenir des conseils sur l'utilisation des vias aveugles et enterrés dans un agencement de PCB.

Rétrécir une Piste

Dans certains cas, il est nécessaire de rétrécir une piste pour pouvoir la router vers un pad de connexion pour un composant. Une piste rétrécie (parfois appelée réduction) se connecte à un pad et s'éloigne d'au moins 0,010 pouce du pad avant de s'élargir vers la largeur importante de la piste.

Pour les pistes à impédance contrôlée, comme celles nécessaires dans les conceptions à haute vitesse, il est généralement déconseillé d'appliquer un rétrécissement car cela crée une déviation d'impédance. Utilisez plutôt des couches plus fines si vous devez maintenir une largeur plus petite. Les composants pour ces conceptions auront tendance à avoir de toute façon des pads d'atterrissage plus petits, donc ils n'auront pas besoin de rétrécissement si l'empilement et les pistes sont correctement dimensionnés.

Placer et Orienter Vos Composants

Avec vos types de composants préférés établis, il est maintenant temps de décider comment placer et orienter efficacement ces pièces sur votre carte. Ce processus aura un grand effet sur la manière dont vous utilisez l'espace disponible sur votre agencement de carte, et peut être l'une des étapes les plus difficiles de votre processus de conception. Ci-dessous, vous trouverez des recommandations spécifiques sur la façon d'optimiser le placement de vos composants pour qu'ils soient à la fois fabriquables et capables de répondre à vos exigences de conception spécifiques.

Avant d'entrer dans les spécificités du placement et de l'orientation des composants, il y a plusieurs lignes directrices générales à garder à l'esprit :

• Orientez les composants avec les E/S et les empreintes similaires dans la même direction.
• Essayez de placer tous vos composants CMS du même côté de la carte, et tous les composants traversants (si mixtes) sur le côté supérieur de la carte.
• Lorsque vous avez des composants de technologies mixtes (SMT et PTH), les fabricants peuvent exiger un processus de soudure supplémentaire pour placer les composants en dessous.
• Vous devriez terminer toutes les pistes avec seulement une trace.
• Lorsque vous spécifiez un chip sous un dispositif, cela peut rendre les inspections, les retouches et les tests plus difficiles.
• Tous les composants utilisés sur le côté de soudure à la vague d'un assemblage doivent d'abord être approuvés par votre fabricant pour une immersion dans un bain de soudure.

Avec les informations présentées dans ce chapitre, vous êtes maintenant bien équipé pour commencer votre processus de placement et d'orientation des composants afin de répondre aux exigences fondamentales de fabricabilité. Maintenant que votre conception est bien avancée vers l'achèvement, il est temps de finaliser le processus de disposition de la carte en configurant vos exigences de points de test dans le prochain chapitre.

• Allez à la Partie 4 : Nettoyage de la carte et exigences de test

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