Livre électronique sur la fabrication de PCB

Les cartes de circuits imprimés occupent une place énorme dans nos vies. Elles se trouvent dans tout, de nos téléviseurs et ordinateurs, à nos machines à laver et montres. En tant que concepteur de PCB, vous comprenez le sang, la sueur et les larmes nécessaires pour réaliser chaque carte et les appareils qu'elles servent. Il est rare qu'un projet de PCB se déroule sans accroc du début à la fin. Cependant, il existe un certain nombre d'étapes que vous pouvez suivre pour augmenter l'efficacité et réduire le nombre de problèmes dans le processus. Il est de la plus haute importance que vous restiez vigilant et dédié à chaque étape du projet pour garantir que votre conception soit terminée à temps, dans les limites du budget, et exactement comme vous l'aviez espéré.

Rejoignez-nous alors que nous discutons des sujets et conseils liés au processus de fabrication des PCB, incluant : 

• Comment prévenir les erreurs de placement de sérigraphie dans la fabrication de PCB
• Les placements de marqueurs fiduciaux sur les PCB sont-ils toujours nécessaires avec les capacités de fabrication modernes ?
• Directives de conception de PCB pour la fabrication : Comment éviter les erreurs de conception critiques
• Directives de conception CAO de PCB pour la fabrication : Comment le routage des pistes peut affecter les joints de soudure
• Conseils de conception et de fabrication de PCB pour prévenir les circuits ouverts pendant la fabrication de PCB
• Comment le placement des composants peut faire ou défaire votre budget de fabrication

COMMENT PRÉVENIR LES ERREURS DE PLACEMENT DE SÉRIGRAPHIE DANS LA FABRICATION DE PCB

Si vous vous souvenez des Jeux Olympiques de 1996, alors vous connaissez l'incroyable final de Kerri Strug. Elle a complété son second et dernier saut avec une cheville blessée, offrant à l'équipe américaine la médaille d'or, et prouvant l'importance de persévérer jusqu'au bout. Et pourtant, nous savons tous combien il est tentant de se relâcher et de baisser la garde à la fin d'un projet, même dans la conception de circuits imprimés. L'une des dernières choses que nous faisons avant de libérer un design pour la fabrication est d'apporter des ajustements aux images de sérigraphie et aux désignateurs de référence du circuit. Cependant, la plupart du temps, cette étape n'est pas réalisée avec la même diligence que le reste de la conception. Cela peut entraîner le rejet du design par le fabricant et son renvoi au concepteur pour corrections. Examinons certains des problèmes potentiels avec les sérigraphies de PCB et comment les concepteurs peuvent les éviter.

Terminez fort comme le gymnaste.

QUELS SONT LES PROBLÈMES POTENTIELS AVEC LA SÉRIGRAPHIE DE PCB ?

Vous vous demandez probablement ce qui peut mal tourner, voici certaines des conséquences de ne pas faire les ajustements finaux de sérigraphie avant d'envoyer votre design.

Composants mal représentés : Si un marquage au silkscreen ne représente pas fidèlement les composants prévus, cela peut entraîner de la confusion pour les techniciens effectuant le débogage ou des modifications. Cela peut inclure une forme qui ne représente pas correctement le composant associé ou des numéros de broches et des indicateurs de polarité qui sont sur les mauvaises broches. Vous pouvez imaginer le genre d'angoisse que les techniciens de carte ressentiront lorsqu'ils cherchent le côté positif d'un condensateur et découvrent que les indicateurs de polarité sont en fait inversés.

Texte du silkscreen illisible : Si le texte du silkscreen est illisible, cela prend plus de temps aux techniciens de carte pour interpréter les désignateurs de référence. Cela est souvent dû à l'utilisation d'une taille de police trop petite pour être lisible ou à l'utilisation d'une taille de largeur de ligne incorrecte. Les largeurs de ligne trop étroites ne s'imprimeront pas correctement sur la carte tandis que les largeurs de ligne trop larges vont gonfler et devenir tout aussi illisibles.

Désignateurs de référence placés sur les mauvais composants : Parfois, les désignateurs de référence se retrouvent sur les mauvais composants. Cela peut arriver si un composant est déplacé mais pas le désignateur de référence, ou cela peut être une erreur de la part du concepteur. Dans tous les cas, les techniciens de carte essayant de tester la carte finiront par sonder des composants qui ne correspondent pas à ce qu'ils voient dans le schéma.

Des références de conception placées de manière à être recouvertes par les composants assemblés : Nous avons également vu de nombreux exemples où les désignateurs de référence sur le typon se retrouvent sous des pièces assemblées. Cela est parfois inévitable dans les conceptions denses, mais nous devrions faire de notre mieux pour éviter que cela se produise. Imaginez encore les techniciens de carte qui peinent à trouver « C143 » sur votre conception lorsque le désignateur de référence n'est pas visible.

L'encre de sérigraphie recouvrant le métal ou pénétrant dans les trous : L'encre de sérigraphie qui fini par recouvrir le métal nu, tel que les broches de montage en surface ou les trous métallisés, peut effectivement conduire à la mise au rebut d'une carte. De même, les éléments de sérigraphie qui entrent en collision avec d'autres éléments de sérigraphie ou une sérigraphie qui dépasse du bord de la carte ne sont d'aucune aide.

TRAVAILLER AVEC VOTRE FABRICANT

La première étape pour éviter ce genre d'erreurs est de se familiariser avec les directives de conception de sérigraphie de votre fabricant de cartes électroniques. Ils vous fourniront des informations sur les tailles de police et les largeurs de ligne optimales et minimales. Ils seront également en mesure de vous donner des spécifications de dégagement pour la sérigraphie par rapport à d'autres objets, y compris le métal nu et les trous métallisés. Établir une bonne communication avec votre fabricant et comprendre ce dont ils ont besoin avant de soumettre une conception est une clé essentielle pour réduire les erreurs de fabrication.

Faisons-le !

QUE POUVEZ-VOUS FAIRE EN TANT QUE CONCEPTEUR POUR MINIMISER LES ERREURS DE SERIGRAPHIE ?

Regardez votre conception avec un regard neuf, comme si vous étiez celui chargé de modifier et de déboguer la carte. Si vous pouvez visualiser la sortie de la sérigraphie de votre conception à travers un visualiseur séparé, cela aidera pour cette vérification. Pouvez-vous voir et lire tous les désignateurs de référence ? Avez-vous marqué les pièces à grand nombre de broches afin de trouver la broche 1 ? Avez-vous indiqué la polarité correcte sur les pièces appropriées ? Si vous ne pouvez pas lire et interpréter la sérigraphie, alors soyez assuré que vos techniciens ne le pourront pas non plus.

Enfin, utilisez les Contrôles de Règles de Conception (DRC) pour la Sérigraphie dans votre système CAO. Assurez-vous de vérifier la présence de sérigraphie sur le métal nu, la sérigraphie entrant dans les trous, et les dégagements de la sérigraphie par rapport aux autres objets et éléments de sérigraphie. Ces vérifications peuvent vous éviter bien des soucis.

Admettons-le ; concevoir une carte peut être très amusant. En fait, le routage manuel final peut être très cathartique, surtout après avoir complété un placement difficile et un routage critique. Néanmoins, le design doit être préparé pour les fichiers de sortie finaux et cela peut être une tâche fastidieuse et monotone. Il n'est pas rare que les concepteurs de PCB accordent moins d'attention qu'ils ne le devraient au nettoyage du silkscreen et à d'autres tâches liées à la sortie, simplement parce qu'ils veulent en finir avec le design et passer au projet suivant. Mais comme un gymnaste olympique, vous devez finir en force. Vous voulez plus d'idées sur comment finir votre design avec des DRC de silkscreen ? Parlez à un expert chez Altium.

LES MARQUAGES FIDUCIAIRES SUR LES PCB SONT-ILS ENCORE NÉCESSAIRES AVEC LES CAPACITÉS DE FABRICATION MODERNES ?

Il y a environ 10 ans, j'ai arrêté de regarder des films d'horreur. Dans ma jeunesse, j'aimais vraiment être terrifié, mais lorsque j'ai commencé ma carrière d'ingénieur, je me suis davantage intéressé aux genres d'action et de science-fiction. Cela est probablement dû au fait que je rencontrais ma part d'histoires d'horreur au travail, lorsque de simples erreurs entraînaient des cauchemars post-production catastrophiques.

Lorsque j'ai commencé ma carrière dans la conception électronique, les composants traversants étaient extrêmement populaires et les composants montés en surface étaient une vue rare. Lorsque les boîtiers de microcontrôleurs (MCU) en (Quad Flat Package) QFP sont devenus populaires, je n'ai eu d'autre choix que de migrer de l'ancien empreinte boîtier à puce avec broches (PLCC). C'est parce que le PLCC nécessite une douille supplémentaire tandis que le QFP peut être monté directement sur le PCB. Autant que je puisse en juger, ce n'était qu'une question de temps avant que les fabricants de puces cessent de produire des MCU en boîtiers PLCC au profit de QFP ou de boîtiers similaires.

Lorsque mes fournisseurs d'assemblage de PCB m'ont envoyé un courriel pour me dire qu'ils étaient incapables d'assembler mécaniquement le MCU sur les 200 cartes de production que j'avais commandées, mon cauchemar a commencé. Étant habitué aux douilles PLCC, qui sont des composants traversants, il ne m'est pas venu à l'esprit de fournir des marqueurs fiduciaux sur le PCB. Ne pas le faire signifiait que tous les MCU emballés en QFP avec de petits pas devaient être assemblés manuellement.

Cela a entraîné un taux plus élevé de cartes rejetées et d'innombrables heures passées à corriger les défauts dus à un soudage manuel imparfait. Depuis, je m'assure toujours d'utiliser des marqueurs de position dans mes conceptions, même si mes fournisseurs me disent qu'ils ont amélioré leurs machines pour fonctionner sans les marqueurs.

Vous pourriez vous retrouver avec un véritable désordre si vous omettez les marqueurs de position.

QU'EST-CE QU'UN MARQUEUR DE POSITION ET COMMENT AIDE-T-IL DANS LA FABRICATION

Dans la conception de PCB, un marqueur de position est une forme arrondie de cuivre qui sert de point de référence pour les machines d'assemblage pick and place. Les marqueurs de position aident les machines à reconnaître l'orientation du PCB et de ses composants de montage en surface avec des boîtiers qui ont de très petits pas comme le Quad Flat Package (QFP), les Ball Grid Arrays (BGAs) ou le Quad Flat No-Lead (QFN).

Il existe deux types de marqueurs de position couramment trouvés dans les conceptions de PCB : les marqueurs de position globaux et les marqueurs de position locaux. Les marqueurs de position globaux sont une référence en cuivre placée sur le bord du PCB qui permet à la machine de déterminer l'orientation de la carte par rapport à l'axe X-Y. Les machines de placement utilisent également le marqueur de position pour compenser tout décalage lorsque le PCB est serré.

Les marqueurs fiduciaux locaux sont des marqueurs en cuivre placés à l'extérieur du coin d'un composant monté en surface à emballage quadrillé. Ils sont utilisés par les machines d'assemblage pour localiser précisément l'empreinte d'un composant et réduire les erreurs de placement des composants. Cela est particulièrement important lorsque vous avez des composants à emballage quadrillé à pas fin et de grande taille dans votre conception.

Toujours vérifier auprès de votre fabricant les exigences concernant les marqueurs fiduciaux.

LES MARQUEURS FIDUCIAUX SONT-ILS NÉCESSAIRES AVEC LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION MODERNE ?

J'ai toujours conçu mes PCB avec des marqueurs fiduciaux globaux et locaux. Cependant, lorsque je suis tombé sur un article expliquant la possibilité d'omettre les fiduciaux locaux, j'ai été intrigué. Cela semblait logique de retirer les marqueurs fiduciaux sur les PCB plus petits pour maximiser l'espace pour les pistes de signal.

Grâce aux avancées de la technologie de fabrication, les marqueurs fiduciaux locaux peuvent être omis sous certaines conditions. Sur les petites cartes, les machines d'assemblage modernes peuvent placer les composants CMS en utilisant uniquement des fiduciaux globaux. Les marqueurs fiduciaux peuvent également être omis pour les composants qui ont un pas plus large. Par exemple, les composants montés en surface avec des pas supérieurs à 1,0 mm peuvent être placés avec précision par les machines les plus récentes.

Cela dit, il est important de discuter de l'étendue des capacités des machines de votre fabricant avant de retirer les marqueurs fiduciaux locaux de votre conception. J'ai appris à mes dépens que tous les fabricants ne disposent pas de machines dotées des dernières technologies. D'autre part, les marqueurs fiduciaux globaux ne doivent jamais être omis de vos conceptions. Même si vous travaillez avec certaines des capacités de fabrication les plus avancées.  

MEILLEURES PRATIQUES POUR L'UTILISATION DES MARQUEURS FIDUCIAUX DANS LA CONCEPTION DE PCB

Si vous voulez tirer le meilleur parti de l'assemblage machine, vous devez bien positionner vos marqueurs fiduciaux. Il existe quelques directives importantes concernant le placement des marqueurs fiduciaux dans votre conception.

1. Le marqueur fiducial est créé en plaçant une couche de cuivre non percée en forme circulaire. Le marqueur fiducial doit être exempt de masque de soudure.
2. La taille optimale d'un marqueur fiducial doit être comprise entre 1mm et 3mm. Une zone de dégagement similaire au diamètre du marqueur doit être maintenue.
3. Pour les fiduciaux globaux, 3 marqueurs sont placés sur le bord des cartes pour une meilleure précision. Dans les cas où l'espace est insuffisant, au moins 1 marqueur fiducial global est requis.
4. Le marqueur fiduciaire doit maintenir une distance de 0,3 pouces par rapport au bord de la carte, à l'exception de la zone de dégagement du marqueur fiduciaire.
5. Pour un fiducial local, placez au moins deux marqueurs fiduciaires en diagonale sur le bord extérieur du composant monté en surface.

En utilisant un logiciel professionnel de conception de PCB, un marqueur fiduciaire peut être placé en insérant un pad, en changeant la taille du pad à zéro et en réglant les valeurs correctes pour le diamètre.  Besoin de plus de conseils pour placer des marqueurs fiduciaires sur votre conception ? Contactez un expert chez Altium.

GUIDELINES DE CONCEPTION DE PCB POUR LA FABRICATION : COMMENT ÉVITER LES ERREURS DE CONCEPTION CRITIQUES

Je jure que j'aurais pu être en route pour devenir le prochain MasterChef si je n'avais pas terminé mon diplôme d'ingénieur. Non pas parce que je suis exceptionnellement bon en cuisine, mais parce que je n'ai pas abandonné après une tentative horrifiante de cuisiner des vermicelles de riz frits. Ne pas faire tremper ces longs fils de nouilles a résulté en une pâte à la texture de fil dur qui était irrécupérable. C'était un bon exemple de ce qui peut arriver à un plat lorsque vous ne suivez pas attentivement les instructions.

Comme en cuisine, des erreurs sont inévitables dans la conception électronique, même pour les concepteurs les plus méticuleux. Mais certaines erreurs sont suffisamment critiques pour que vous deviez jeter l'ensemble du circuit imprimé (PCB) et recommencer. Lorsque vous attendez patiemment un prototype de PCB pour tester vos circuits, cela peut entraîner des retards coûteux dans le cycle de développement du produit.

ERREURS DE CONCEPTION CRITIQUES DANS LA FABRICATION DE PCB

Nous détestons tous faire des erreurs. Mais en réalité, il faut deux ou trois essais pour obtenir la conception parfaite. Tant que nous corrigeons les erreurs dans les premiers designs en coupant simplement des pistes ou en utilisant des fils de liaison, l'impact sur le processus de développement est minimal. On ne peut pas en dire autant de certaines des erreurs suivantes qui ruinent presque toujours vos PCBs.

1. Utiliser le Mauvais Empreinte

Alors que la plupart des composants passifs sont disponibles à la fois en formats traversants et montés en surface, les circuits intégrés (CI), surtout ceux à fonction spéciale, sont produits dans seulement quelques types de boîtiers. Confondre un Circuit Intégré en Petit Boîtier (SOIC) et un Petit Boîtier Réduit (SSOP) peut entraîner la tentative de monter un CI plus petit sur une empreinte plus grande, ou vice versa.

N'oubliez pas de vérifier le type de boîtier de vos composants en examinant minutieusement leurs fiches techniques. Ne faites pas de suppositions et assurez-vous que les dimensions du circuit intégré et sa taille de pas sont correctes. J'ai appris ma leçon lorsque j'ai par erreur utilisé la version « étroite » d'un SOIC puisque la version « large » avait la même taille de pas.

Utilisez les composants de circuit intégré corrects pour éviter les erreurs de conception qui affecteront l'empreinte du design.

2. Désalignement du bus d'adresse

Au début de ma carrière de concepteur, les besoins en mémoire de haute densité signifiaient l'utilisation de mémoire Flash parallèle ou de mémoire vive statique (SRAM). Je devais gérer jusqu'à 23 bits d'adresse et 8 bits de signaux de données. Une erreur dans l'appariement des broches d'adresse du microcontrôleur avec les composants de mémoire pouvait résulter en un prototype inutilisable ou passer quelques jours à couper et à relier les signaux avec des fils cavaliers. Pour éviter cela, je devais comprendre pleinement le bus d'adresse du microprocesseur et comment chaque puce mémoire devait être connectée.

3. Mauvaise conception du plan de masse

L'effet d'une conception adéquate du plan de masse peut ne pas être évident dans les circuits numériques simples. Mais vous pourriez vous retrouver avec un lot de PCB peuplés, mais inacceptables si vous ignorez les meilleures pratiques pour le plan de masse dans les conceptions de circuits analogiques ou mixtes. Cela peut causer des interférences et du cross-talk, rendant nécessaire la production rapide d'un meilleur design.

Tout en ayant eu la chance de récupérer des PCB avec de mauvaises connexions de masse, je m'assure désormais que les futures conceptions adhèrent à des conceptions de plan de masse appropriées. N'oubliez pas de séparer les masses analogiques et numériques par un seul point lorsque cela est approprié et considérez le chemin de flux de courant.

4. Trous de montage incorrects

Les trous de montage peuvent être utiles pour réduire l'interférence électromagnétique (EMI). Cependant, si les coordonnées de vos trous de montage sont incorrectes, alors votre carte bien fonctionnelle ne sera pas sécurisée dans son boîtier. Assurez-vous que vos coordonnées sont exactes, sinon il pourrait ne pas y avoir de chemin clair pour sécuriser votre vis.

Pour les conceptions où le PCB est monté sur un boîtier, il est vital de commencer la disposition du PCB avec les trous de montage placés sur la bonne coordonnée avant de peupler d'autres composants.

Le perçage n'aidera pas lorsque vous vous trompez de position de trou dès le départ.

5. Densité de courant excessive sur du cuivre fin

Qu'est-ce qui pourrait mal tourner lorsque vous avez couvert toutes vos bases en effectuant des calculs de budget de puissance au niveau d'un sous-circuit ? Une erreur courante est de ne pas prendre en compte le courant total passant par la piste principale du signal de tension. Une autre erreur courante est de ne pas fournir une largeur de cuivre adéquate. Ces erreurs peuvent entraîner une surchauffe ou, dans certains cas, la rupture totale du cuivre conducteur. La bonne analyse du budget de puissance devrait vous donner une indication claire de la largeur de piste requise. Si vous travaillez avec un logiciel professionnel de conception de PCB, comme Altium Designer, vous pouvez tirer parti des outils d'analyse de chute de tension continue pour vérifier votre calcul.

GUIDELINES DE CONCEPTION DE PCB CAD POUR LA FABRICATION : COMMENT LE TRACÉ DES PISTES PEUT AFFECTER LES JOINTS DE SOUDURE

Crédit éditorial : Aija Lehtonen / Shutterstock.com

Il y a quelques semaines, j'ai assisté à un concert en hommage au grand chef d'orchestre de big band Stan Kenton. J'adore le jazz de big band pour de nombreuses raisons, l'une d'elles étant la configuration des musiciens et des instruments dans le groupe. Il y a généralement environ 15 à 20 musiciens jouant sur différents instruments, et chacun joue une partie différente. Si juste une personne fait une erreur, cela peut ruiner l'équilibre du morceau qui a été si soigneusement arrangé par le compositeur.

L'importance de chaque membre du groupe jouant harmonieusement ensemble m'a rappelé l'importance d'une carte de circuit imprimé correctement fabriquée. Si juste une pièce n'est pas soudée correctement, la carte de circuit finie peut avoir des défaillances intermittentes, ou peut-être ne pas fonctionner du tout. Tout comme un saxophone jouant une fausse note peut ruiner tout le morceau, une mauvaise soudure peut ruiner toute la carte. Heureusement, les règles de conception pour la fabrication (DFM) peuvent vous aider à éviter de rencontrer des soudures défectueuses sur votre carte de circuit.

Un domaine où les règles de DFM peuvent aider votre carte peut vous surprendre. La manière dont vous tracez les pistes sur votre PCB peut avoir un effet direct sur les problèmes de soudure, et les règles de DFM offrent quelques conseils à ce sujet. Regardons ensemble comment le routage des pistes peut causer des problèmes comme des joints de soudure froids ou le tombstoning, afin que vous sachiez quoi éviter à l'avenir.

TRACES À ANGLE AIGU

Le premier problème que nous examinerons est les traces à angle aigu. Bien que cette situation ne mène pas spécifiquement à un problème de soudure, c'est un problème de routage noté dans les directives de DFM pour les PCB.

Les angles aigus dans les pistes sont des pistes qui ont des coins supérieurs à 90 degrés. Cela fait que la piste revient sur elle-même. Le coin créé par l'angle aigu de la piste peut piéger des produits chimiques acides pendant le processus de fabrication. Ces produits chimiques piégés ne sont pas toujours nettoyés comme ils le devraient pendant la phase de nettoyage de la fabrication et continueront à ronger la piste. Cela peut finalement entraîner la rupture de la piste ou causer des connexions intermittentes.

Routage des pistes sur un PCB

PIÈCES TOMBSTONING DUES À LA LARGEUR DES PISTES

Le tombstoning se produit lorsqu'une petite pièce à deux broches, comme une résistance montée en surface, se dresse sur une de ses pattes pendant la soudure. Cela résulte d'un déséquilibre de chauffage entre les deux pattes pendant le refusion de la soudure. Le côté qui fond en premier attire la pièce vers ce côté, et provoque l'effet de tombstoning.

Un des facteurs pouvant causer ce déséquilibre de chauffage est l'utilisation de pistes de tailles différentes sur les deux pattes. Plus la piste est large, plus il faudra de temps pour que la patte à laquelle elle est connectée chauffe. Si une patte de la pièce a une piste très étroite, et l'autre patte une piste très large, il y aura probablement un déséquilibre de refusion de la soudure et une patte fondra et se refusionnera avant l'autre.

Souvent, l'ingénierie électrique souhaite une piste de puissance trop large pour que le fabricant puisse la souder de manière fiable. Les directives de conception de PCB pour la fabrication ont des recommandations pour les largeurs minimales et maximales des pistes à utiliser sur des pièces de différentes tailles, mais cela pourrait ne pas résoudre votre problème. La clé pour vous est de équilibrer les exigences de l'ingénierie électrique et de la fabrication et de parvenir à un accord commun entre les deux. De cette manière, vous pouvez répondre aux besoins des deux parties dans votre conception.

Les règles de DFM peuvent vous aider à concevoir votre carte pour éviter les problèmes de fabrication.

JOINTS DE SOUDURE FROIDS

Un autre problème qui peut survenir lors du routage de pistes plus épaisses est la création d'un joint de soudure froid. Un joint de soudure froid est un joint où la soudure n'a pas correctement refondu pour établir une bonne connexion, ou que la soudure s'est détachée de la connexion. Lors du routage d'une piste épaisse à partir d'une pastille, la taille importante de la piste peut finir par tirer la soudure hors de la pastille où elle est nécessaire pour réaliser la connexion avec la pièce.

La solution consiste à utiliser des largeurs de pistes qui sont plus petites que la taille de la pastille. Certaines directives DFM recommandent une piste ne dépassant pas 0,010 mils, bien que cela doive à nouveau être équilibré pour répondre aux besoins à la fois de l'ingénierie électrique et mécanique.

Il y a bien plus dans les directives de conception de PCB pour la fabrication que les recommandations de routage de pistes que nous vous avons données ici. Les directives de DFM vous aideront également avec les techniques appropriées de placement des composants, les tailles d'empreintes et d'autres aspects de votre conception. Cela aidera finalement votre design à être fabriqué avec le moins d'erreurs possible. Un circuit imprimé exempt d'erreurs lors de la fabrication est le reflet d'une conception solide et de qualité, un peu comme entendre l'orchestre de Stan Kenton jouer une version sans faute de Intermission.

Le logiciel de conception de PCB, comme Altium Designer, dispose de capacités de routage avancées et d'autres fonctionnalités pour mieux vous aider à concevoir selon vos règles de DFM. Cela vous aidera à livrer un design conforme aux DFM à votre fabricant dès la première fois.

Voulez-vous en savoir plus sur comment Altium peut vous aider avec votre prochain design pour assurer sa conformité DFM ? Parlez à un expert chez Altium.

CONSEILS DE CONCEPTION ET DE FABRICATION DE PCB POUR PRÉVENIR LES CIRCUITS OUVERTS PENDANT LA FABRICATION DE PCB

Pendant quelques années, j'ai vécu dans une ville avec une usine de chocolat et de bonbons. C'était à la fois merveilleux et terrible, car vous pouviez aller à l'usine et acheter des "secondes", ou des bonbons substandards, pour environ 75% de réduction sur le prix normal. Habituellement, l'erreur était cosmétique, comme le chocolat qui craquait sur le caramel, et tout avait un goût absolument correct.

Lorsqu'un fabricant de PCB commet une erreur, parfois c'est cosmétique, et la carte fonctionnera quand même. Quelque chose comme un décalage de l'impression finale probablement n'affectera pas la performance électrique, mais un décalage similaire d'un masque de soudure ou d'une couche de cuivre pourrait complètement ruiner votre carte. Puisque les PCB sont destinés à acheminer l'électricité, la plupart des défauts de performance significatifs sont de nature électrique, des choses comme les circuits ouverts, les courts-circuits, et les défaillances de routage ou de matériel.

En fonction de votre source, les circuits ouverts constituent environ un tiers des défauts de PCB, surtout sous la forme de joints de soudure ouverts. Un certain nombre de problèmes peuvent causer des circuits ouverts sur votre carte, variant des matériaux au traitement en passant par la manipulation. Voici les causes les plus courantes.

PÂTE À SOUDER

Si la pâte à braser est appliquée de manière incohérente, soit en variant la quantité déposée ou en manquant certains emplacements complètement, alors il n'y aura pas assez de matière pour former une jonction solide. Vous pourriez vous retrouver avec un circuit ouvert, ou une jonction qui est faible et susceptible de se rompre. Un autre problème avec la pâte à braser est l'incohérence des températures de refusion à travers la surface. Si vous avez déjà chauffé du chocolat au micro-ondes, vous avez probablement remarqué des points chauds qui fondent bien avant le reste. Le même type de variabilité peut se produire pendant la refusion de la soudure. Si certaines zones n'atteignent pas la température de refusion et ne se lient pas complètement, la connexion électrique ne se formera pas, semblable à laisser des morceaux de chocolat non fondus dans votre cacao ou mélange de glaçage.

Lorsque la pâte à braser est appliquée, si le rapport d'aspect (la largeur de l'ouverture par rapport à l'épaisseur du pochoir) est incorrect, et vous êtes plus susceptible de rencontrer des problèmes avec les dépôts de pâte à braser. Assurez-vous de vérifier l'épaisseur de la couche, en particulier de votre masque de soudure, avec votre fabricant.

Comme pour le chocolat fondu, la soudure doit atteindre les températures de refusion partout sur votre carte.

CONTAMINATION

Personne ne veut manger du chocolat contaminé. Les composants des PCB peuvent également être contaminés. La contamination environnementale peut provenir de diverses sources, soit sur la carte, soit dans la pâte à souder. Les causes évidentes sont les déversements chimiques, la poussière et les particules dans l'air, ainsi que les huiles provenant du contact humain.

Même l'humidité dans l'air peut conduire à une corrosion accélérée. Toute contamination ou corrosion de la surface du pad ou de la patte du composant peut empêcher la soudure de se fixer correctement. Vérifiez les contrôles de qualité de votre fabricant et utilisez une manipulation interne pour vous assurer que les pièces restent propres et intactes.

Les empreintes digitales sur une carte sont une source courante de contamination, menant souvent à la corrosion et à de mauvaises jonctions de soudure

ÉCARTS ET FISSURES

Les écarts causés par des irrégularités de surface peuvent faire perdre la planéité à certaines zones du PCB, ce qui rend la distance entre différentes pattes sur le même composant très variable, et empêche les pattes de même entrer en contact avec la pâte à souder pendant le refusion. Cela est le plus courant si vous avez une déformation des composants ou des irrégularités du masque de soudure, mais cela peut également résulter d'autres problèmes de non-concordance thermique, de problèmes dans l'empilement des couches (comme des bulles d'air dues à une dégazage inapproprié), ou d'une manipulation physique inappropriée de la carte.

Parfois, les écarts et les fissures sont suffisamment graves pour être visibles, mais le plus souvent, vous aurez besoin d'utiliser un microscope ou des rayons X pour trouver les problèmes, surtout avec des emballages plus petits sur les composants. Selon le budget que vous avez pour le dépannage, vous devrez peut-être utiliser des tests électriques pour identifier l'emplacement du circuit ouvert et faire faire l'analyse de la cause première par votre fabricant ou un laboratoire de test.

Quelque chose d'aussi simple que de laisser tomber votre carte peut briser les connexions de soudure, surtout si elles étaient fragiles pour commencer, comme un œuf en chocolat !

Les erreurs pendant la fabrication peuvent être chronophages et coûteuses. Vous pouvez améliorer le processus en gérant vos conceptions et les informations de votre fabricant avec un logiciel de qualité pour la mise en page de conception, comme Altium Designer et Altium Vault.  Voulez-vous en savoir plus sur comment les capacités d'Alitum peuvent vous aider à améliorer votre processus de conception et de fabrication ?

Parlez à un expert en conception de PCB Altium.

COMMENT LE PLACEMENT DES COMPOSANTS PEUT INFLUENCER VOTRE BUDGET DE FABRICATION

Avec chaque nouveau design de PCB, vient un moment où vous devez prendre des décisions basées sur plus que la performance seule. L'espace physique est facilement négligé dans le monde des équations, des schémas et des oscilloscopes—nous avons souvent tendance à privilégier l'intégrité du signal plutôt que des banalités telles que le volume des composants. À l'époque des ordinateurs qui remplissaient des pièces, nous n'avions pas à être délibérés avec notre espace. Cependant, les exigences en termes de coût, de temps et d'espace ont évidemment changé. Il arrive maintenant un moment dans le parcours de chaque concepteur où la réalité de leur budget (ou son absence) les frappe de plein fouet, et nous devons nous tourner vers l'évaluation des implications financières de nos décisions—particulièrement comment la disposition de notre carte affecte les coûts de fabrication. Nous avons parcouru un long chemin tant en termes de scalabilité des composants que de notre connaissance du placement des composants. En apprenant de nos erreurs, nous pouvons identifier quelques domaines clés qui peuvent aider à maintenir votre conception dans une gamme plus respectueuse du budget.

QU'EST-CE QUI FAIT EXPLOSER LES COÛTS DE FABRICATION ?

Avec la technologie disponible dans les usines, il pourrait sembler que tout est possible avec un petit budget. Bien que cela puisse être en grande partie vrai, chaque étape ajoutée dans le processus de fabrication est une étape qui sera certainement facturée. L'idée d'une conception simpliste devrait toujours être présente à l'arrière de votre esprit, puisque les fabricants chercheront à facturer tout travail supplémentaire qu'ils doivent effectuer. Cela inclut les machines de placement rapide plaçant les composants sur la carte, les étapes de soudage guidées par machine, le retournement de la carte, les temps d'intervention des ouvriers d'usine, et ainsi de suite. Plus ils doivent manipuler votre carte, plus le coût pour vous sera élevé.

ÉVITEZ LES PIÈGES BUDGÉTAIRES LIÉS À L'ESPACE DANS LA FABRICATION

Il y a des centaines d'astuces et de conseils que vous rencontrerez sans aucun doute et apprendrez tout au long de votre conception. Cependant, les trois tactiques suivantes sont vos fruits à portée de main, économiques, que vous devriez toujours garder à l'esprit.

Les étapes supplémentaires dans la fabrication de votre conception de PCB ajouteront des coûts.

• Organisation de votre carte. Avec la diversité de la technologie de montage des composants actuelle, nous nous retrouverons probablement à mélanger les composants traversants avec les composants montés en surface. Cela pose un léger problème pour les fabricants, car il existe des manières uniques d'installer et de souder chaque composant sur le PCB. Cela ajoutera certainement une pléthore d'étapes supplémentaires et de temps de manipulation nécessaire pour produire la carte, ajoutant ainsi plus de coûts à votre budget de fabrication global. Si se limiter à une seule technologie de montage est hors de question pour la conception, alors regrouper les composants montés de manière similaire de chaque côté de la carte limitera le nombre d'étapes nécessaires pour souder avec succès de tels groupes. 
• Orientation des composants individuels.Tout au long de votre vie, on vous a peut-être dit de garder vos canards en ligne. Peu importe comment vous avez gardé vos canards (ou autres volailles) au fil de ces années, je dois vous ramener au même vieux proverbe en ce qui concerne votre conception de PCB. Laisser les composants éparpillés sur la carte n'est pas une mauvaise pratique, mais vos coûts de fabrication vont s'envoler vers de nouveaux sommets. Garder vos composants orientés les uns par rapport aux autres et en rangée bien ordonnée réduira le temps passé à souder ainsi que minimisera les erreurs et les étapes supplémentaires nécessaires à la fabrication. 
• Garder les composants sur le côté supérieur de la carte.Lorsque vous travaillez avec une carte à deux couches simpliste, nous vous suggérons de garder vos composants sur le côté supérieur de la carte. Selon vos contraintes physiques, vous pourriez vous dire "Hé, je parie que je pourrais prendre la moitié des composants d'un côté et les placer en dessous. Je gagnerais beaucoup de place !" Cependant, avancez avec prudence, car cela pourrait devenir un cauchemar en termes de fabrication. À l'étape de l'assemblage de la fabrication de PCB, une machine de placement rapide peut facilement s'occuper d'un seul côté du PCB. Si, toutefois, votre carte nécessite un second côté pour le placement, vos coûts pourraient exploser.

De bonnes techniques de placement réduiront les coûts de fabrication de votre PCB.

LA PRATIQUE REND PARFAIT (ET DIMINUE LES COÛTS DE FABRICATION) 

Comme pour tout design dans ce monde, il y a de l'art et de la science. La conception de votre PCB nécessitera un peu des deux. Garder à l'esprit l'organisation de la carte, l'orientation des composants et le placement des composants sur le côté supérieur dès les premières étapes de votre conception vous gardera sur la voie d'un compromis acceptable, tout en minimisant les coûts de fabrication. 

Une autre excellente manière de garder un œil sur votre budget de fabrication est avec les outils de gestion de nomenclature des matériaux. Après tous les efforts pour réduire vos coûts grâce à un placement soigné des composants, vous pourriez encore rencontrer des coûts imprévus à cause d'une BOM incorrecte. Les erreurs dans une BOM créée manuellement pourraient ralentir ou arrêter la fabrication de votre conception de PCB, ajoutant du temps et des dépenses. Heureusement, vous pouvez éliminer la possibilité de ces erreurs en utilisant des outils de gestion de BOM pour créer automatiquement votre BOM de PCB.

La création d'une BOM de PCB sans erreur avec des outils de gestion de BOM vous semble-t-elle être une solution utile ? Si oui, les outils de BOM d'Altium pourraient être la réponse que vous recherchez. Dans ce cas, découvrez plus d'informations en parlant à un expert chez Altium.