Le meilleur système de règles de conception de PCB permet de garder votre carte exempte d’erreurs.

Les logiciels ECAD garantissent la rigueur des concepteurs en appliquant les règles et contraintes de conception PCB dans les outils de conception et de routage. Il incombe au concepteur PCB de créer les règles de conception pour tout nouveau projet, l’objectif final étant d’assurer la fonctionnalité et la fabricabilité. Au fil du temps, les principaux éditeurs de logiciels ECAD ont développé deux formats pour définir les règles de conception PCB : un système de saisie par catégories et un système matriciel pour définir les contraintes.

L’un ou l’autre format est acceptable et peut produire exactement les mêmes résultats ; le choix entre une définition des règles de conception par catégories ou par contraintes relève donc de la préférence personnelle. Quel que soit le mécanisme que vous choisissez d’utiliser, sélectionnez le logiciel de conception PCB qui vous offre la flexibilité nécessaire pour contrôler entièrement la définition de vos règles de conception PCB.

D’où viennent les règles de conception PCB ?

Quels sont les facteurs qui déterminent les règles de conception PCB et pourquoi sont-ils importants ? Les règles de conception PCB sont définies à partir de quelques exigences possibles :

• Contraintes de fabricabilité
• Contraintes d’assemblage
• Exigences d’intégrité du signal
• Exigences EMI/EMC
• Définies comme un facilitateur pour la conception RF

Il ne s’agit là que d’un échantillon des domaines dans lesquels naissent les règles de conception. Notez que les règles de conception PCB ne reposent pas sur la simple fonctionnalité électrique. Au contraire, la plupart des règles et contraintes de conception PCB sont définies à partir des exigences de fabrication. Si une carte ne peut pas être fabriquée, il ne sert à rien de la concevoir ; ainsi, les règles de conception pour la fabrication (DFM) comptent parmi les règles de conception PCB les plus fondamentales dans le contenu technique de l’industrie.

Règles de conception PCB versus contraintes

Certains logiciels de conception PCB utilisent le terme « règles », tandis que d’autres utilisent le terme « contraintes ». En réalité, il y a très peu de différence entre une règle de conception et une contrainte de conception ; la différence tient simplement au vocabulaire que les différents éditeurs de logiciels choisissent d’employer. Les deux termes sont utilisés spécifiquement en référence à l’interface utilisateur servant à créer des règles de conception PCB dans les logiciels ECAD.

Dans cette optique, les éditeurs de logiciels de conception PCB ont tendance à faire la distinction suivante entre une règle et une contrainte :

• Une règle de conception est généralement définie dans un système par catégories, où les règles individuelles sont organisées sous des catégories hiérarchiques (comme Routage, Fabrication, Électrique et Placement). Chaque règle est configurée avec des définitions de portée qui déterminent à quels objets ou réseaux la règle s’applique, et les valeurs sont saisies via des boîtes de dialogue de configuration dédiées. Les règles peuvent être hiérarchisées afin que les règles plus spécifiques remplacent les valeurs générales par défaut.
• Une contrainte de conception est généralement définie dans un système matriciel ou tabulaire, où les valeurs sont saisies directement dans des cellules à l’intersection de classes de réseaux, de couches ou de types d’objets. Cette approche présente toutes les valeurs de contrainte dans une vue unique de type feuille de calcul, ce qui facilite la comparaison des valeurs entre plusieurs réseaux ou classes simultanément.

En pratique, les deux approches appliquent les mêmes vérifications géométriques et électriques lors du contrôle des règles de conception (DRC). La distinction relève uniquement de la préférence en matière de flux de travail : les règles basées sur des catégories offrent une portée granulaire et une logique de priorité, tandis que les contraintes basées sur une matrice permettent une comparaison visuelle rapide et des modifications groupées sur l’ensemble du design.

Altium Designer est unique en ce sens qu’il s’agit de la seule plateforme logicielle de conception PCB qui permet aux utilisateurs de spécifier entièrement leurs exigences de conception et de fabrication soit sous forme de règles de conception, soit sous forme de contraintes de conception. La méthode principale utilise l’éditeur PCB Rules and Constraints Editor basé sur des catégories, dans lequel toutes les catégories de règles de conception prises en charge sont répertoriées de manière hiérarchique. Chaque règle est configurée individuellement avec une définition de portée qui détermine à quels objets, réseaux ou classes de réseaux la règle s’applique.

PCB Rules and Constraints Editor dans Altium Designer

Altium Designer fournit également un gestionnaire de contraintes qui utilise une approche matricielle pour spécifier les exigences de conception. Cette interface présente toutes les contraintes de conception dans un format tabulaire de type feuille de calcul qui sera immédiatement familier aux utilisateurs d’autres plateformes logicielles ECAD, y compris les plateformes historiques comme Cadence Allegro et Mentor Graphics. La vue matricielle permet aux concepteurs de voir simultanément toutes les valeurs de contrainte, de comparer les paramètres entre classes de réseaux d’un seul coup d’œil et d’effectuer des modifications groupées sans avoir à naviguer entre des boîtes de dialogue de règles individuelles.

Constraint Manager dans Altium Designer

Avec l’une ou l’autre approche, les concepteurs gardent un contrôle total sur les spécifications de leur design, ce qui aide à prévenir bon nombre des problèmes les plus simples susceptibles d’entraîner des défauts en fabrication. Pour accéder aux principales règles de conception dans l’une ou l’autre approche, le tableau ci-dessous fournit des instructions de référence utiles ainsi que des détails d’accès. Suivez ces instructions ou consultez la documentation Altium pour en savoir plus.

Types et catégories de règles de conception PCB

Les principales règles de conception pour tout nouveau projet peuvent être déterminées à partir de la spécification du produit et des capacités du fabricant de circuits imprimés. Certaines valeurs de règles de conception peuvent devoir être calculées manuellement, sur la base de plusieurs facteurs possibles :

• Recommandations ou objectifs de performance figurant dans certaines normes de l’industrie
• Directement à partir des déclarations de capacité du fabricant de PCB
• Contraintes mécaniques, par exemple celles imposées par un boîtier d’appareil
• Contraintes d’intégrité du signal, telles que l’impédance ou l’espacement piste à piste
• Exigences d’intégrité de l’alimentation, comme celles issues des calculs de taille minimale des rails de cuivre

Les valeurs simples des règles de conception peuvent être saisies numériquement, en particulier dans le cas d’une approche de gestion des contraintes avec matrice numérique. Les plus courantes sont les valeurs d’espacement entre éléments en cuivre, composants, éléments mécaniques, trous percés, fentes et bord du PCB.

Le tableau ci-dessous fournit un résumé des règles de conception PCB les plus courantes qui s’appliquent à presque tous les projets. Ces règles couvrent plusieurs catégories (routage, fabricabilité, etc.) et constituent une liste de contrôle utile pour la définition des règles dans un nouveau projet.

Contrôles des règles de conception PCB (DRC)

Les contrôles des règles de conception PCB sont exécutés automatiquement (en ligne) et par groupes (batch) pour vérifier que les éléments d’un PCB respectent vos règles et contraintes de conception. Les contrôles en ligne signalent les erreurs au fur et à mesure de la création du layout PCB, tandis que les contrôles batch sont exécutés par rapport à toutes les règles de conception pertinentes du PCB.

Une fois les violations signalées, le concepteur devra prioriser certaines de ces violations pour correction, ce qui entraînera des modifications du layout PCB. L’objectif de toute conception est d’atteindre zéro violation DRC, ce qui nécessite souvent un certain nombre de modifications du layout PCB après l’exécution du DRC initial.

Le processus visant à ramener les violations DRC à zéro consiste à mettre soigneusement à jour le layout PCB afin d’éliminer ces erreurs, en apportant souvent de nombreux ajustements mineurs au design jusqu’à leur résolution. Le plus souvent, ces erreurs impliquent de légers changements de position de divers objets dans le layout PCB, ou éventuellement un reroutage de certaines pistes ou des mises à jour de tracés de polygones. À la fin de ce processus, le concepteur produit un layout PCB entièrement nettoyé, conforme aux contraintes définies au début du projet.

Zéro DRC = zéro défaut ?

La réponse à cette question est clairement « non ».

C’est parce qu’il existe de nombreuses causes de défauts qui échappent au contrôle du concepteur ou qui ne sont pas influencées par le routage du PCB. Par exemple, la conception de l’empilage des couches et les procédés de fabrication peuvent avoir un impact sur les défauts de fabrication dans certains designs, même lorsque le routage du PCB ne contient aucune erreur DRC. Garantir qu’une conception est exempte de défauts va bien au-delà du routage du PCB et nécessite une compréhension globale de la conception de PCB, depuis l’empilage des couches jusqu’à la spécification des plans maîtres pour la fabrication.

Pour en savoir plus sur certaines causes courantes de défauts au-delà du routage du PCB, regardez la vidéo ci-dessous. Voyez si vous pouvez identifier lesquels de ces problèmes peuvent être influencés par des choix dans le routage du PCB et par la définition de règles/contraintes de conception dans votre logiciel ECAD.

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Questions fréquemment posées

D’où viennent les règles de conception PCB dans un nouveau projet PCB ?

Les règles de conception PCB proviennent des limites de fabrication, des exigences d’assemblage, des objectifs SI/PI, des besoins EMI/EMC, des contraintes RF et des exigences mécaniques. De nombreuses règles de base, telles que la largeur des pistes, l’espacement, la taille des perçages, la couronne annulaire et l’expansion du masque de soudure, découlent directement des capacités du fabricant.

Quelle est la différence entre les règles de conception PCB et les contraintes de conception PCB ?

La différence relève principalement du flux de travail. Les règles sont généralement configurées dans des éditeurs organisés par catégories, tandis que les contraintes sont généralement saisies dans des tableaux ou des matrices. Les deux peuvent appliquer les mêmes exigences de routage lors du DRC.

Les règles de conception par catégories sont-elles meilleures que les contraintes basées sur des matrices ?

Non. Les règles par catégories sont mieux adaptées à une définition détaillée du périmètre et des priorités, tandis que les contraintes basées sur des matrices sont plus adaptées à la comparaison et aux modifications en masse. Le meilleur choix dépend de la conception et du flux de travail du concepteur.

Que vérifie réellement une vérification des règles de conception PCB ?

Le DRC vérifie si le routage respecte les règles et contraintes définies. Il peut signaler des violations d’espacement, de largeur, de taille de trou, de couronne annulaire, de masque de soudure, d’espacement des composants et de routage haut débit.

Le fait de réussir le DRC signifie-t-il qu’un PCB n’aura aucun défaut de fabrication ?

Non. Réussir le DRC signifie uniquement que le routage respecte les règles qui ont été définies. Des défauts peuvent toujours provenir des choix d’empilage des couches, des variations de fabrication, d’une documentation insuffisante, de problèmes d’assemblage ou de valeurs de règles incorrectes.