Des cartes parfaites à chaque fois (avec des modèles de PCB gratuits)

Altium Concord Pro™ en tant que produit autonome et nom de marque a été discontinué et les capacités sont désormais disponibles dans le cadre de nos solutions d'entreprise Altium. Apprenez-en plus ici.

Les souvenirs s'estompent, mais une bonne documentation est éternelle comme un diamant

Dans un article précédent, nous avons examiné comment créer des modèles de mise en page parfaits pour vos schémas. En particulier, comment concevoir le bloc-titre et comment styliser les composants.

Mon obsession de créer des circuits esthétiques atteint souvent un degré malsain. Il m'arrive souvent de rentrer chez moi à 21 h, épuisé pour avoir trop travaillé parce que j'étais obsédé par la mise en forme de mes schémas pendant cinq heures, quittant le bureau avec des cernes sous les yeux plus gros que la pleine lune au-dessus de ma tête.

Créer des schémas clairs, concis et lisibles est impératif si vous voulez que les circuits sur lesquels vous travaillez soient utiles longtemps après que tout le monde ait oublié comment ils fonctionnent. Des schémas lisibles sont également nécessaires pour une collaboration efficace. Aucune des merveilleuses fonctionnalités d’Altium Concord Pro® ne peut vous sauver d'un circuit mal dessiné.

Les dessins de production, cependant, sont une autre affaire entièrement.

Alors que les ingénieurs en conception formés lisent habituellement les schémas, vos dessins de production pourraient potentiellement être lus par des techniciens et des ouvriers ayant une formation minimale.

Introduit il y a quelques années, Draftsman®, intégré dans Altium Designer®, a radicalement changé mon flux de travail pour le mieux.

Avant l'arrivée de Draftsman, il était souvent nécessaire d'inclure un modèle de conception dessiné à la main avec votre projet de PCB et d'incorporer toutes les tables de perçage, notes et documentations sur des couches séparées.

Les documents résultants étaient difficiles à imprimer, peu pratiques à ouvrir car ils nécessitaient toujours des visionneuses Gerber, et encombrants à éditer.

Le pire aspect de la vie avant Draftsman ? Chaque fois que quelqu'un avait besoin de documentation, l'ingénieur PCB devait la créer de zéro, la vérifier manuellement contre le PCB, imprimer en fichier (PDF) et l'annoter avec un logiciel externe.

C'était un peu comme essayer de planter des clous avec une pelle.

Terminée, la documentation épouvantable !

Vos documents Draftsman doivent être clairs et standardisés. Voici comment vous pouvez y parvenir.

Dessine-moi comme l'une de tes planches françaises, Jack

Alors, quels types de documents devriez-vous créer avec Draftsman ? Pour commencer, examinons ce que nous pouvons dessiner avec.

Voici les objets actuellement pris en charge par Draftsman :

• Objets graphiques
  • Sous de Second
  • Autre Sous
  • Ligne
  • Rectangle
  • Cercle
  • Arc (par centre ou 3 points)
  • Région
  • Texte
  • Graphique
• Vues
  • Vue d'assemblage de carte
  • Vue de fabrication de carte
  • Vue en coupe de carte
  • Vue détaillée de carte
  • Vue de composant
  • Vue de perçage
  • Vue isométrique de carte
  • Vue de région de carte
  • Vue réaliste de carte
• Tables
  • Table générique
  • Table de perçage
  • Table de ligne de transmission
  • Nomenclature
  • Légende de l'empilement des couches
• Dimension
  • Linéaire
  • Radiale
  • Diamétrale
  • Angulaire
  • Ordonnée
  • Échelle
• Annotations:
  • Indication
  • Finition de surface
  • Caractéristique de référence
  • Cadre de contrôle de caractéristique
  • Marque de centre
  • Note

Comme vous pouvez le voir, Draftsman dispose de nombreuses fonctionnalités pour documenter tout projet de PCB. La plupart d'entre elles sont réparties entre les sorties de fabrication des cartes PCB nues, les sorties d'assemblage, les annotations génériques, les tables et les objets graphiques.

Au fil des ans, j'ai découvert que la meilleure approche pour la documentation des PCB est constituée de trois documents différents. Les deux premiers sont obligatoires, mais le dernier est facultatif :

• PCB_Fabrication
• PCB_Assemblage
• PCB_Mécanique

La documentation mécanique est souvent une nécessité si vous devez interagir avec des ingénieurs mécaniques. Vous pouvez détailler la taille et la position des trous, dans quelle mesure la carte est autorisée à se plier sous contrainte, et les tolérances dimensionnelles de composants volumineux tels que les inducteurs de puissance ou les condensateurs électrolytiques.

Les fonctionnalités de collaboration MCAD de Concord Pro hébergé peuvent considérablement réduire le besoin pour les ingénieurs électroniques de dessiner la documentation mécanique.

Dessins de Fabrication

Une Table de Vérité Sans Algèbre de Boole

Supposons que vous débutez en électronique ou que vous traitez des conceptions relativement simples à fabriquer. Dans ce cas, vous n'avez probablement besoin de rien de plus que des Gerbers et un BOM pour faire fabriquer votre carte correctement.

Par défaut, la plupart des fabricants de faible volume vous proposeront un processus standard avec une résolution de 8 mils, un espacement de 8 mils, des trous de 0,3 mm, une épaisseur de carte standard de 1,6 mm avec du cuivre de 32 micromètres, une TG (Température de Transition Vitreuse) entre 130 et 140 degrés Celsius, un masque de soudure vert avec un écran de soie blanc, et une finition HASL (Hot Air Solder Levelling).

Cependant, ces spécifications ne sont pas une solution universelle, et dans de nombreux cas, vos besoins peuvent les dépasser. Considérez ce qui suit :

• Les cartes industrielles nécessitent souvent des PCB avec une haute température de transition vitreuse pour éviter une flexion excessive sur la plage de température.
• Les conceptions à haute densité nécessitent une précision dimensionnelle supérieure à ce que les lignes de production standard offrent et des caractéristiques telles que les vias aveugles.
• Un cuivre épais (au-dessus de 32 micromètres) peut être nécessaire pour les conceptions à courant élevé.
• Une impédance contrôlée peut être requise pour les conceptions à haute vitesse.
• Les cartes de haute fiabilité impliquent souvent le besoin d'un substrat de haute qualité de marques comme Rogers, Omega, ou 3M.
• Vous pourriez vouloir spécifier l'épaisseur du placage de cuivre à l'intérieur de vos vias pour réduire leur résistance parasite.
• Vous avez des exigences mécaniques particulières telles que le fraisage sur l'axe Z, des trous fraisés ou des trous débouchants.
• Vous souhaitez des options supplémentaires telles que le placage des bords, les trous à ajustement forcé, le via-in-pad, les trous castellés, ou le masque de carbone.

Avec chaque projet, j'inclus un tableau pratique dans mes documents de fabrication de PCB Draftsman. Mon EMS le vérifie, et à plus d'une reprise, ils ont trouvé des erreurs dans mon processus de commande. Le mois dernier, j'ai oublié de spécifier que mes cartes devaient être finies avec du HASL sans plomb au lieu de HASL avec de la soudure plombée.

Si mon EMS n'avait pas détecté l'erreur en vérifiant mon document Draftsman, j'aurais probablement fini avec un produit non conforme à la directive RoHS, et mon client aurait rejeté le lot, entraînant des pertes considérables.

Tout ce qui brille n'est pas du cuivre

Les conceptions à haute vitesse et à fort courant nécessitent une attention particulière dans le choix du stack de couches. Deux des erreurs les plus courantes chez les débutants dans les conceptions à haute vitesse sont de ne pas mettre à jour le stack de couches dans Altium correctement et de fabriquer le PCB avec un stack de couches différent de celui conçu. Dans mon cas, voici le stack de couches pour l'offre "Je suis trop fauché pour payer des cartes de haute fiabilité" de ma maison EMS favorite :

Et voici, inséré dans le Gestionnaire de pile de couches d'Altium Designer, sous l'éditeur de PCB.

Et enfin, dans notre éditeur de dessin Draftsman :

La pile dans le document Draftsman est synchronisée automatiquement à partir de votre projet PCB, permettant à votre maison EMS de détecter toute erreur pour vous.

Un ensemble d'instructions vaut mieux que mille mots

Au fil des ans, j'ai ajusté et affiné un ensemble cohérent d'instructions de fabrication. L'argent est toujours limité, et donc la plupart de mes électroniques sont fabriquées à Shenzhen. Il existe un ensemble commun de problèmes que vous êtes susceptible de rencontrer lors du travail avec des fabricants asiatiques. Cela découle généralement d'une différence dans les pratiques commerciales culturelles, les attentes et les barrières linguistiques.

L'un des problèmes les plus courants est les spécifications contradictoires entre différents documents, tels que les Gerbers, les courriels, l'impression en fichier (PDF) et d'autres types de documentation. Dans ce cas, il est fondamental d'avoir une seule source de vérité.

Les directives suivantes, ajoutées aux spécifications de fabrication, m'ont aidé à éviter d'innombrables problèmes au fil des ans :

• «Toutes les spécifications référencées sont de la révision spécifiée dans le bloc-titre.»
• «Le fournisseur ne doit pas modifier la conception ou l'empilement approuvé sans autorisation écrite.»
  • Certains fabricants feront ce qui est moins cher en supposant que c'est ce que vous voulez, mais moins cher est rarement mieux. Un changement de spécifications peut altérer les performances et la fiabilité de votre produit.
• «Tous les matériaux doivent être conformes à RoHS, et le produit final doit être acceptable pour une utilisation dans un assemblage RoHS.»
  • Votre EMS sera responsable de l'approvisionnement de la plupart des composants et de la fabrication et de l'assemblage du PCB. En tant que tel, ils sont en position idéale pour s'assurer que le produit est conforme à RoHS.
• «Feuille de cuivre : se référer à la légende de l'empilement des couches pour les détails sur l'épaisseur du Cu. Toutes les épaisseurs de Cu sont finies et incluent la feuille de base plus le placage de Cu sur les couches plaquées.»
  • L'importance d'une source unique de vérité est un thème récurrent dans cet article. L'épaisseur de cuivre indiquée dans l'empilement des couches peut être en conflit avec ce qui a été sélectionné lors de la procédure de commande. L'empilement des couches devrait être considéré comme une réponse précise.
• "Test électrique : tous les circuits imprimés doivent être testés électriquement à 100% pour les coupures/courts-circuits en utilisant la nomenclature fournie. Les cartes imprimées rejetées doivent être clairement marquées avec de l'encre permanente non conductrice."
  • À la surprise de personne, les autocollants rouges "rejetés" utilisés par certains fabricants peuvent se détacher ou disparaître mystérieusement, surtout à l'approche des vacances.
• "Marquages : le marquage du fournisseur et les codes de date/lot doivent être situés sur la carte dans la zone réservée comme spécifié dans la couche Gerber ‘pcbm_notes’ par le texte ‘placer les marquages ici’."
• "Marquages : le côté sur lequel placer les marquages est à la discrétion du fournisseur, sauf indication contraire sur la couche ‘pcbm_notes’."
• "Le fournisseur doit vérifier la couche pcbm_notes avant de demander des éclaircissements."
  • J'ajoute toujours mes notes sur trois couches séparées : une pour la fabrication de PCB, une pour l'assemblage de PCB, et une pour mes notes personnelles. Avec cette simple note, j'économise environ deux courriels sur chaque commande. Avec les différents fuseaux horaires, deux courriels signifient souvent recevoir le PCB deux jours plus tard que d'habitude.
• "Fabriquer des vias bouchés/protégés comme spécifié dans le fichier Gerber."
  • La plupart des fabricants le font déjà, mais il n'est jamais mauvais d'être trop spécifique.

Je place toujours ces notes sur la première page de la documentation de fabrication :

Plans d'assemblage

Utiliser Draftsman pour la fabrication de cartes nues est bien, mais c'est dans les plans d'assemblage que le logiciel révèle tout son potentiel.

Les utilisateurs d'Altium Designer ont créé de nombreux scripts au fil des ans pour automatiser certaines des tâches les plus fastidieuses, mais aucun d'eux n'égale les fonctionnalités de Draftsman et sa facilité d'utilisation en tant qu'éditeur de dessin.

Comme pour les dessins de fabrication, j'aime fournir un ensemble clair d'instructions sur la première page :

• "Toutes les spécifications référencées sont de la dernière révision, sauf indication contraire."
• "Le fournisseur ne doit pas modifier la conception sans autorisation écrite."
• "Se référer au BOM Excel pour des informations à jour sur les composants."
• "Le BOM dans ce document est purement une AIDE aux opérations d'assemblage et peut ne pas avoir les données les plus récentes ou toutes les alternatives de composants approuvées."

Mon Dieu, Harry, c'est quoi l'Anode ?

J'ai un défi pour vous. Choisissez une carte que vous avez conçue, de préférence une qui a déjà été approuvée pour la production. Ouvrez à la fois le dessin d'assemblage et les Gerbers en utilisant votre visionneuse Gerber préférée.

Maintenant, dites-moi l'orientation de toutes les diodes.

Pas si facile, n'est-ce pas ? Dans certains cas, l'orientation est claire, mais dans beaucoup d'autres, vous devrez presque deviner.

Pratiquement toutes les grandes entreprises du secteur électronique ont des directives internes documentant comment les diodes doivent être représentées. Les petites entreprises et les freelances, cependant, laissent souvent cela à la coutume et au hasard.

J'ai dû résoudre ce problème pour des entreprises valant plusieurs milliards de dollars.

Voici mon avis sur la question.

Le dessinateur peut marquer la broche un avec un point sur les dessins d'assemblage, comme dans l'image suivante :

Intuitivement, le point devrait aller là où se trouve l'extrémité pointue (cathode). J'ai posé la question à plusieurs collègues et à des amis qui ne connaissent pas l'électronique, et presque tout le monde a donné la même réponse : point égale extrémité pointue.

IPC-7351B, la principale norme qui traite des empreintes SMD, semble être d'accord avec cette conclusion.

Les ingénieurs qui dessinent principalement des schémas ont une perspective différente sur la question. Il est courant de penser que la broche un devrait être sur l'anode et la broche deux sur la cathode pour imiter le flux de courant lorsque la diode est polarisée directement.

Pour que les dessins s'affichent correctement dans Draftsman, la cathode doit être la broche 1 dans l'empreinte. Avoir des brochages de schéma et d'empreinte qui ne correspondent pas est certainement une source de problèmes, il s'ensuit donc que le schéma devrait également avoir la broche 1 sur la cathode.

De plus, il est généralement nécessaire d'indiquer l'orientation de la diode sur la couche de sérigraphie. Même si elle est trop petite pour être fabriquée, votre maison EMS pourra la lire lorsqu'elle visualisera les Gerbers et zoomera.

Dans mon cas, je dessine la plupart de mes empreintes de manière similaire à celle de Mark Harris pour sa merveilleuse Bibliothèque Céleste, avec un symbole de diode sous le corps du composant et un contour avec une ligne plus épaisse du côté de la cathode.

J'ai trouvé que cette approche fonctionne à merveille sur des cartes de toutes formes et tailles, bien que vous puissiez vouloir supprimer le contour pour les conceptions à haute densité et les tailles de boîtier plus petites.

Mark, cependant, dessine ses diodes avec la broche 1 sur l'Anode. Son approche rend les schémas plus intuitifs au détriment des documents de fabrication.

Pour éviter toute confusion, l'orientation de la diode doit toujours être notée dans les dessins d'assemblage où elle peut être facilement référencée.

Perdre des Procès, c'est pour les Perdants

Sous la plupart des accords de NDA, seuls les documents explicitement marqués comme tels sont considérés comme confidentiels. Ne soyez pas l'imbécile dont la poursuite pour violation de contrat est rejetée avant même qu'elle ne commence !

Il est judicieux d'inclure "confidentiel" dans un bloc-titre professionnel :

Altium Designer vous offre des modèles standard ANSI et ISO, mais ceux-ci ont été créés en pensant aux dessins mécaniques. Beaucoup de notes et de champs ne reflètent pas les besoins de l'industrie électronique ; par exemple, "Ébavurer et casser tous les bords tranchants" n'a pas beaucoup de sens pour nous !

Si vous utilisez Concord Pro en local, vous aurez également accès par défaut à plus d'exemples de projets centrés sur les PCB.

Huaqiangbei ne le fera pas pour Moi.

Votre documentation d'assemblage est également l'endroit parfait pour inclure des instructions d'achat. Dans mon cas, je veux que mes fournisseurs de Shenzhen achètent d'abord mes composants chez LCSC, donc j'ajoute toujours une petite note à la page du BOM.

Obtenez Vos Modèles de Conception de Dessinateur Gratuits (et Séduisants)

J'ai créé pour vous cinq modèles A3 :

1. Un modèle de feuille générique, contenant uniquement un bloc de titre
2. Un modèle de feuille d'assemblage qui inclut le diagramme d'orientation des diodes
3. Un modèle de document de fabrication de PCB
4. Un modèle de document d'assemblage de PCB
5. Un modèle de document mécanique de PCB

Vous pouvez les télécharger sur le dépôt Github AltiumTemplates.

Veuillez noter qu'ils n'incluent pas de champ de révision car j'utilise à la place des hachages Git.

Partager des modèles de mise en page avec votre organisation

Peu importe la qualité de votre modèle de conception, il sera peu utile si votre entreprise n'adopte pas une démarche cohérente.

En utilisant Concord Pro, vous pouvez partager vos modèles de Draftsman et gérer leurs révisions.

Grâce à la fonctionnalité de modèle de projet géré, c'est incroyablement facile. Altium Concord Pro est livré avec une série de modèles standard de l'industrie ANSI et ISO. Cependant, vous pouvez ajouter les vôtres en les glissant et déposant depuis l'Explorateur Windows ou en créant un nouvel élément (clic droit, nouvel élément) puis en téléchargeant le modèle (clic droit, télécharger).

N'oubliez juste pas d'enregistrer votre document Draftsman comme un modèle de feuille ou un modèle de document, et non comme un document de Draftsman standard.

Une fois que vous avez fait cela, vos modèles de Draftsman seront disponibles à l'échelle de l'organisation lors de la création d'un nouveau document.

Lectures complémentaires

La documentation d'Altium propose un tutoriel introductif formidable sur la norme IPC, quelque chose que normalement vous devriez payer très cher pour y accéder, déguisé en tutoriel de Draftsman. Vous pouvez le trouver ici.

Mark Harris a écrit un article sur le dimensionnement des documents de Draftsman et un autre sur les modèles de projets que vous voudrez peut-être consulter.

Vous devriez également consulter la documentation officielle de Draftsman et la documentation étendue sur les modèles de conception gérés par Draftsman.

Conclusions

Repasser des chemises peut être fastidieux jusqu'à ce que vous obteniez un générateur de vapeur haute pression adéquat.

Un peu comme cela, Draftsman élimine toutes les tâches répétitives et fatigantes de la documentation de fabrication des PCB, ne vous laissant que les aspects amusants. Les imprimer et sentir le doux parfum de l'encre jet d'encre le matin, c'est ce qui me motive.

Concord Pro vous permet de gérer et de partager les modèles de Draftsman avec toute votre organisation, s'assurant que tous les ingénieurs sont sur la même longueur d'onde - jeu de mots voulu. Les améliorations de la documentation peuvent être facilement appliquées à tous les projets gérés, vous assurant de capitaliser sur votre expérience au fil des ans.

Voulez-vous en savoir plus sur la manière dont Altium peut vous aider avec votre prochain design de PCB ? Parlez à un expert chez Altium.