6 conseils pratiques pour la conception de PCB afin d'éviter 90 % des pièges de fabrication ! Même les débutants peuvent rapidement se lancer

Lors de la conception de circuits, beaucoup de gens concentrent toute leur énergie sur les schémas et la sélection des composants, en bâclant l'étape de la disposition et du routage des PCB. Le résultat ? Soit des erreurs fréquentes se produisent pendant la production en usine, soit la carte de circuit imprimé dysfonctionne après une courte période d'utilisation—surchauffe, interférences de signal, mauvaise soudure—ces problèmes peuvent en fait être évités à l'avance grâce à une conception scientifique. Aujourd'hui, nous allons décortiquer les techniques de base de la conception de PCB pour vous aider à créer rapidement des cartes de circuits imprimés fabricables et fonctionnellement stables !

I. Placement des composants : Plus que de la propreté, la facilité de soudure et d'utilisation

Le placement des composants est la base de la conception des PCB, nécessitant à la fois le respect de la logique du circuit et la compatibilité avec les processus de production. De nombreux débutants ne recherchent qu'une « apparence soignée », négligeant les exigences réelles de soudure et d'assemblage.

L'orientation unifiée permet de gagner du temps

Placer des composants similaires comme des résistances et des condensateurs dans la même direction réduit le besoin d'ajustements fréquents d'angle par la machine pendant la soudure, améliorant l'efficacité et réduisant la probabilité de faux contacts et de soudures incorrectes. Les composants de différentes tailles ne doivent pas se gêner.

Évitez de placer de petits composants directement en dessous ou derrière de grands composants. Sinon, lors de la soudure du grand composant, le petit composant sera obstrué, créant une « zone d'ombre » qui entrave la soudure.

Simplifiez l'assemblage en catégorisant les composants.
Essayez de placer les composants à montage en surface (SMT) du même côté de la carte de circuit imprimé et de concentrer les composants traversants (TH) en haut. Cela évite les retournements répétés lors de l'assemblage en usine, réduisant ainsi les coûts de production. Si deux types de composants doivent être utilisés ensemble, tenez compte des coûts supplémentaires du processus d'assemblage à l'avance.

II. Conception des pistes : Les routes d'alimentation, de masse et de signal doivent être méticuleuses.

Après avoir placé les composants, planifiez le routage des pistes d'alimentation, de masse et de signal, car cela affecte directement la stabilité du circuit. De nombreux problèmes d'interférences de signal et d'instabilité de l'alimentation proviennent de problèmes de routage.

Couches d'alimentation et de masse sur les couches internes.
Placez les couches d'alimentation et de masse à l'intérieur de la carte de circuit imprimé, en maintenant la symétrie et le centrage. Cela empêche la carte de circuit imprimé de se plier et permet un positionnement plus précis des composants. Lors de l'alimentation des puces, utilisez des pistes plus épaisses et évitez les connexions en guirlande (connexion des composants en série) pour éviter l'instabilité de la tension.

Les pistes de signal doivent être « courtes et droites ». Les pistes de signal entre les composants doivent suivre le chemin le plus court possible ; les connexions directes sont préférables aux coudes. Si un composant doit être fixé horizontalement, faites passer la piste horizontalement sur une courte distance avant de tourner verticalement. Cela empêche l'écoulement de la soudure pendant la soudure de provoquer un mauvais alignement des composants ; inversement, faire passer la piste verticalement en premier peut faire basculer le composant.

La largeur des pistes doit suivre le courant. Pour les signaux ordinaires à faible courant (tels que les signaux numériques et analogiques), une piste de 0,010 pouce (10 mil) de large est suffisante. Si le courant dépasse 0,3 ampères, la largeur de la piste doit être augmentée ; plus le courant est élevé, plus la piste doit être large pour éviter la surchauffe et la combustion.

III. Conception de l'isolation : Les alimentations numériques, analogiques et électriques doivent être séparées.

Les circuits d'alimentation haute tension et haute intensité peuvent facilement interférer avec les circuits de commande ou analogiques sensibles, ce qui entraîne le problème de « jitter du signal » que beaucoup rencontrent. Une isolation appropriée réduit considérablement les interférences.

La masse d'alimentation et la masse de commande doivent être séparées. La masse d'alimentation et la masse de commande de chaque alimentation doivent être routées séparément, et non mélangées. Si une connexion est nécessaire, elle ne doit être effectuée qu'à la fin du trajet d'alimentation pour éviter la conduction des interférences. Isolation stricte des circuits numériques et analogiques

Si la carte de circuit imprimé contient des circuits numériques (tels que des microcontrôleurs) et des circuits analogiques (tels que des capteurs), ils doivent être disposés séparément, et des chemins d'impédance appropriés doivent être fournis pour le plan de masse de la couche intermédiaire. Les signaux analogiques ne doivent voyager que sur la masse analogique et ne doivent pas croiser la masse numérique pour réduire les interférences de couplage capacitif.

IV. Dissipation thermique : Ne laissez pas la chaleur détruire votre carte de circuit imprimé

De nombreuses cartes de circuits imprimés subissent une dégradation des performances, voire une combustion, après une période d'utilisation, très probablement en raison d'une dissipation thermique inadéquate. Cela est particulièrement vrai pour les composants d'alimentation, où l'accumulation de chaleur peut gravement affecter leur durée de vie.

Identifier les « géants de la chaleur »

Vérifiez la fiche technique du composant pour son paramètre de résistance thermique (TRT). Des TRT plus faibles entraînent une meilleure dissipation thermique. Éloignez les composants haute puissance (tels que les transistors et les puces d'alimentation) des composants sensibles et ajoutez des dissipateurs thermiques ou de petits ventilateurs si nécessaire.

Les pastilles à air chaud sont essentielles

Les composants traversants doivent utiliser des pastilles à air chaud. Celles-ci ralentissent la dissipation thermique des broches, assurant une température suffisante pendant la soudure et empêchant les faux contacts. De plus, l'ajout de pastilles en « goutte d'eau » aux points de connexion entre les pastilles et les pistes renforce le support de la feuille de cuivre et réduit les contraintes thermiques et mécaniques.

Méthode de connexion typique des pastilles à air chaud

V. Pastilles à air chaud : Un « outil magique » pour les défauts de soudure

De nombreux débutants ignorent la fonction des pastilles à air chaud, ce qui entraîne des circuits ouverts, des faux contacts et de mauvaises soudures, qui ne peuvent pas être résolus en ajustant à plusieurs reprises la température du four. La cause profonde du problème réside dans la conception du câblage.

De grandes zones de feuille de cuivre d'alimentation ou de masse chauffent lentement et dissipent rapidement la chaleur. Si les fils de soudure de petits composants (tels que les résistances et les condensateurs en boîtier 0402) sont directement connectés à une grande feuille de cuivre, la température n'atteindra pas le point de fusion de la soudure pendant la soudure, ce qui entraînera un faux contact. Pendant la soudure manuelle, la chaleur est rapidement évacuée, empêchant également une soudure réussie.

Le principe des pastilles à air chaud est simple : connecter les pastilles à une grande surface de feuille de cuivre via plusieurs fines bandes de cuivre assure la conductivité électrique tout en réduisant la zone de dissipation thermique. Cela permet aux pastilles de maintenir une température suffisante pendant la soudure, garantissant que la soudure adhère fermement aux pastilles.

VI. Vérification de la conception : Ne lésinez pas sur la dernière étape

Après avoir terminé la conception, effectuez toujours une double vérification ; sinon, même de petites erreurs peuvent rendre l'ensemble de la carte de circuit imprimé inutilisable.

Tout d'abord, exécutez des « contrôles de règles » : Utilisez les fonctions de contrôle des règles électriques (ERC) et de contrôle des règles de conception (DRC) dans le logiciel de conception pour vérifier la largeur des pistes, l'espacement, les courts-circuits, les réseaux non routés, etc., afin de garantir la conformité aux exigences de fabrication.

Deuxièmement, vérifiez signal par signal : Du schéma au PCB, vérifiez la connexion de chaque ligne de signal pour éviter les omissions ou les erreurs. Utilisez la fonction de blindage du logiciel pour confirmer que la disposition correspond au schéma.

Conclusion

La conception de PCB peut sembler complexe, mais son cœur tourne autour de la « fabricabilité » et de la « stabilité ». Placer correctement les composants, assurer des pistes courtes et larges, mettre en œuvre une bonne isolation et dissipation thermique, utiliser efficacement les pastilles à air chaud et, enfin, effectuer une vérification approfondie—ces six étapes vous aideront à éviter la plupart des pièges.

Les débutants n'ont pas besoin de viser la perfection au début. Maîtrisez d'abord ces compétences fondamentales, puis optimisez-les en conjonction avec des projets réels. Vous pourrez rapidement concevoir des cartes de circuits imprimés de haute qualité. N'oubliez pas qu'une bonne conception de PCB réduit non seulement les coûts de production, mais rend également les performances du circuit plus stables et prolonge sa durée de vie.