Norme IPC-7351 : réussir ses empreintes de composants de PCB

Vos composants ne s'attacheront pas à votre circuit imprimé (PCB) sans empreintes, et il appartient au concepteur de créer des empreintes conformes pour les composants. Les nouveaux concepteurs posent souvent la question suivante : quelles doivent être les dimensions des pastilles ? Techniquement, les seules contraintes qui pèsent sur une empreinte de PCB sont celles qu'impose le fabricant en matière de conception pour la fabrication (DFM). Toutefois, de nombreux concepteurs optent pour des empreintes conçues selon la norme IPC-7351. Cette norme importante décrit les exigences relatives aux dimensions des pastilles de composants montés en surface (CMS) dans les empreintes d'un circuit imprimé.

Vous ne rencontrerez pas de problèmes si vous n'avez pas conçu vos pastilles conformément à la norme IPC-7351, mais il est préférable de respecter les normes avec les empreintes. Ces normes ont pour objectif de régir l'espacement des composants et les tolérances à propos de leurs dimensions, ce qui évite les défauts courants de soudure des CMS, comme les ponts lors de l'assemblage. Voici ce qu'il faut savoir sur la conception d'une empreinte de PCB pour respecter la norme IPC-7351 et sur ce que peuvent vous apporter vos outils de conception.

Norme IPC-7351 et empreinte des composants CMS

La norme IPC-7351 préconise une série de dimensions importantes concernant la création d'une empreinte de PCB pour une empreinte de SOIC : la largeur des pastilles (X), leur espacement (G) et leurs dimensions de bout en bout (Z). L'image ci-dessous indique où se situent ces trois quantités dans une empreinte de composant. En plus de ces trois paramètres, il en existe d'autres que nous aborderons ultérieurement. Pour le moment, nous allons nous limiter au calcul de X, G et Z pour l'empreinte du PCB. Les autres valeurs nécessaires pour les dimensions géométriques peuvent être déterminées à partir d'autres données.

Premier lot d’équations pour le dimensionnement des empreintes. Ici, la distance P entre les pastilles est égale à la distance idéale entre les soudures du composant. Dans ce cas, l'empreinte doit être conçue de manière à accueillir le cordon de soudure sur chaque broche, ce qui est quantifié par les trois valeurs J. Le paramètre S est mesuré entre les bords extérieurs du composant et L est mesuré à partir des extrémités des broches. W correspond simplement à la largeur de la partie de la broche qui sera en contact avec la pastille. Les éléments en indice « min » et « max » se rapportent respectivement aux dimensions minimales ou maximales, ce qui signifie que les tolérances en la matière doivent être incluses. Les valeurs C correspondent aux tolérances pour chaque dimension. Toutes ces informations sont résumées dans le tableau suivant.

Enfin, F désigne la tolérance de fabrication. Une machine-outil correcte sera dotée de tolérances de fabrication 3 sigma de 0,01 mm (environ 0,4 millième de pouce). Cette valeur est comparable à chaque valeur C mais est nettement inférieure à P, à une approximation correcte de quelques centièmes de millimètre ou plus pour les composants P. Vous pouvez ignorer la valeur F et les trois valeurs C.

Notez que la norme IPC-7351 a pour but de fournir la description générale des empreintes des CMS. Toutefois, d'autres normes de la série IPC-735* comprennent des exigences plus spécifiques pour différents composants. Il s'agit par exemple des broches gull-wing à deux ou quatre côtés, des broches en J, des composants BGA, et bien d'autres. Consultez ce document (en anglais - voir la dernière page) pour obtenir une liste des normes IPC-735* pour différents composants.

Que contient également la norme IPC-7351 ?

La norme IPC-7351 a créé ce que l'on appelle un format de « bibliothèque CAO universelle » pour les informations sur les composants utilisées dans les plateformes de CAO. L'application d'une certaine uniformité dans les empreintes des PCB constitue un aspect essentiel de la standardisation ainsi que de l'automatisation de leur fabrication et de leur assemblage. La norme IPC-7351 relative aux empreintes des circuits imprimés définit une orientation fixe du composant zéro afin que toutes les images de CAO aient la même rotation.

L'empreinte de vos composants est bien plus qu'un simple dessin sur une feuille de papier. Dans votre logiciel de CAO, elle inclut l'empreinte de votre PCB, les marquages de sérigraphie, les ouvertures des masques de soudure et le contour des composants définis dans la couche mécanique. Les outils de CAO que vous décidez d'utiliser doivent vous permettre de créer tous ces éléments indispensables dans l'empreinte de votre circuit ainsi que l'empreinte désirée.

Au sujet des équations ci-dessus relatives aux empreintes des PCB, rappelez-vous qu'il ne s'agit que de suggestions. Elles définissent uniquement des dimensions minimales ou maximales dans l'empreinte. La taille, la densité et la largeur de vos pastilles dépendent également des exigences de DFM de votre fabricant et de ses capacités d'assemblage. Bien que cela soit rare, si votre fabricant définit une taille de pastille contraire aux limites prévues dans l'équation ci-dessus, vous devez appliquer ces recommandations tant qu'elles ne violent pas une autre norme ou ne conduisent pas à un autre problème courant d'assemblage de CMS.

Un générateur d'empreintes de composants peut réduire le temps de conception

Si vous avez accès à un générateur de symboles et d'empreintes conformes aux normes IPC dans votre logiciel de CAO, vous pouvez éliminer les calculs redondants lors de la création de composants. Vos outils de CAO doivent comporter des outils qui vous aideront à exécuter les tâches suivantes :

• Symboles schématiques: Consultez cet article de Mark Harris (en anglais) pour obtenir des conseils sur la création rapide de symboles schématiques à grand nombre de broches.
• Empreintes conformes aux normes IPC: Un générateur d'empreintes de composants constitue un excellent point de départ pour éliminer les calculs redondants liés à la création d'empreintes. Lisez cet article pour découvrir comment utiliser le générateur d'empreintes de composants dans Altium Designer.

Dès que vous êtes prêt à concevoir une empreinte de PCB pour un composant, essayez d'utiliser le générateur d'empreintes de composants dans Altium Designer^®. L'outil de génération d'empreintes de composants vous aidera à créer rapidement des empreintes de composants et des empreintes conformes à la norme IPC-7351. Vous aurez également accès à un ensemble complet d'outils de CAO 2D et 3D pour créer votre routage et votre co-conception de CAO mécanique.

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