Guide CAO de circuit imprimés pour la fabrication : l'influence du routage des pistes sur les joints de soudure

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Il y a quelques semaines, j'ai assisté à un concert en hommage à Stan Kenton, un grand chef de big band. J'aime beaucoup ce style de jazz pour diverses raisons et j'admire l'organisqtion des musiciens et des instruments dans l'orchestre. En général, on retrouve 15 à 20 musiciens avec des instruments différents, qui jouent un rôle spécifique dans l'ensemble. Si un musicien commet une erreur, il peut gâcher l’arrangement soigneusement élaboré par le compositeur.

L’harmonie qui règne entre les individus de cet orchestre me fait penser à l'agencement d’un circuit bien fabriqué. Si une seule pièce n'est pas correctement soudée, c'est l'ensemble du circuit imprimé qui aura des ratés ou ne fonctionnera pas. De la même manière qu'un saxophone jouant une fausse note peut ruiner un morceau, un joint de soudure défectueux peut gâcher le circuit dans son ensemble. Heureusement, les règles de conception pour la fabrication (DFM) peuvent vous aider à éviter tout joint de soudure défectueux sur votre carte.

Les règles DFM peuvent vous aider quand vous ne vous y attendez pas : le routage de votre circuit imprimé peut provoquer l'apparition de problèmes de soudure, et les règles DFM se révéleront bien utiles. Voyons pourquoi le routage des pistes peut entraîner des problèmes de soudure tel qu'une soudure sèche et effet Manhattan, ceci afin que vous sachiez ce qu’il faut éviter.

Les pistes à angle aigu

Le premier problème que nous allons aborder concerne les pistes à angle aigu. Même si celles-ci n'entraînent pas systématiquement de problème de soudure, elles représentent un défaut de routage repris dans les directives DFM.

Les pistes à angle aigu ont un angle inférieur à 90 degrés. Une telle piste revient donc sur elle-même. Le creux compris dans l'angle aigu est susceptible d'emprisonner des composés acides durant le processus de fabrication. Ces produits chimiques pris au piège ne sont pas toujours éliminés au cours de la phase de nettoyage de la fabrication, et peuvent ronger progressivement la piste. Finalement, la piste peut se couper ou n'assurer la connexion que par intermittence.

Routage de pistes sur circuit imprimé

Effet Manhattan induit par la largeur des pistes

L'effet Manhattan se produit quand un composant avec deux broches, comme une résistance montée en surface, se dresse sur l’une de ses pastilles pendant la soudure. Cette réaction est causée par un déséquilibre de chaleur entre les deux pastilles au cours de la soudure par refusion. Le premier côté à fondre tire le second vers le haut, ce qui provoque l’effet Manhattan.

L'une des raisons possibles de ce déséquilibre de chauffe est la différence de taille des pistes sur les deux pastilles. Plus la piste est large, plus la pastille associée chauffera lentement. Plus la différence de largeur entre les pistes est élevée, plus on risque d'obtenir un déséquilibre à l'étape de la soudure par refusion : une pastille va fondre et se souder avant l'autre.

Bien souvent, la piste d'alimentation que l'ingénieur électronique souhaite utiliser est trop large, et le fabricant ne peut pas la souder sans risque. Les règles de conception pour la fabrication permettent de contrôler les largeurs de piste minimales et maximales à utiliser sur des pièces de tailles différentes, mais cela ne pourrait pas résoudre votre problème. Dès lors, l'idéal est d’équilibrer les exigences en matière de génie électronique et de fabrication afin d'arriver à un compromis. De cette façon, vous pouvez respecter les besoins des deux parties dans votre conception.

Les règles DFM peuvent vous aider à éviter des problèmes de de fabrication dès la conception

Joints de soudure fragiles

Un autre problème qui peut survenir lors du routage de traces plus épaisses est la fragilité des joints de soudure . Un joint de soudure « froid » est un joint où la refonte de la soudure n’a pas permis d'établir une bonne connexion, ou bien où la soudure s'est détachée de la connexion. Lors du routage d’une piste large au départ d'une pastille, elle peut finir par tirer la soudure de la pastille, empêchant la connexion à la pièce.

La solution consiste à utiliser des pistes moins larges que la pastille. Certaines directives DFM préconisent une largeur de piste de 0,010 mm ou moins, si cela est possible du point de vue mécanique comme électrique.

Les directives de conception pour la fabrication de circuits imprimés ne s'arrêtent pas aux recommandations de routage de piste que nous venons de vous donner. Les règles DFM vous seront également utiles pour les techniques de placement de composants, les tailles des empreintes et divers aspects de votre conception. En fin de compte, cela contribuera à réduire autant que possible les erreurs de fabrication de votre conception. Un circuit imprimé exempt d'erreur à la fabrication est le reflet d’une conception solide et efficace, un peu comme un morceau du groupe de Stan Kenton jouant une interprétation d'Intermission sans la moindre fausse note.

Les logiciels de conception de circuits imprimés tels qu'Altium Designer disposent d'outils de routage avancés et de diverses fonctionnalités pour vous aider à concevoir dans le respect de vos règles DFM. Cela vous permettra de fournir à votre fabricant une conception conforme du premier coup.

Souhaitez-vous savoir comment Altium peut vous aider à garantir le respect des règles DFM de votre prochaine conception ? Parlez-en à un expert Altium.