Dès les dessins de conception jusqu'à la production en série, une carte de circuit imprimé doit surmonter de nombreux obstacles, notamment la traçabilité, la fabrication, l'intégrité du signal et la CEM.Cet article décrira systématiquement la logique de conception autour de 13 concepts de base communs mais cruciaux dans la conception de PCB, améliorer vos capacités de pensée et de conception en ingénierie de PCB.

1. FR4 matériau de carte: La pierre angulaire du monde du signal

FR-4, le substrat PCB le plus couramment utilisé, est un stratifié revêtu de cuivre en fibre de verre et en résine époxy.

• Plaque à faible Tg (Tg≈130°C): utilisée pour des applications générales.
• Plaque à Tg moyen (Tg> 150°C): adaptée aux circuits de complexité moyenne.
• Plaque à haute Tg (Tg≥170°C): recommandée pour les environnements de soudure à haute température, les processus sans plomb et les scénarios à haute fiabilité, tels que l'automobile et les communications.

Les panneaux à haute Tg ont non seulement une forte résistance à la chaleur, mais aussi une résistance à l'humidité et aux produits chimiques significativement améliorée,assurer la stabilité dimensionnelle des panneaux multicouches pendant leur fonctionnement à long terme.

2La correspondance d'impédance: le "gardien" du routage du signal à grande vitesse

Dans les circuits numériques à grande vitesse (tels que DDR, USB, PCIe), les signaux sans correspondance d'impédance précise rencontreront des problèmes tels que la réflexion et le bruit croisé.:

• Impédance différentielle: 100Ω/90Ω
• Impédance à une extrémité: 50Ω

Comment concevoir une correspondance? Une simulation précise est requise, en tenant compte de facteurs tels que l'empilement des couches, la largeur et l'espacement des traces, le plan de référence et la constante diélectrique.

3Processus de traitement de surface: détermination de la qualité et de la durée de vie du soudage

Cinq traitements de surface courants:

L'or par immersion ou l'étain par immersion est fortement recommandé pour le contrôle de l'impédance à haute fréquence.

4. Core Board/Prepreg: Matériaux clés déterminant l'épaisseur de la carte, l'empilement des couches et les performances électriques

La structure et la stabilité de la carte multicouche sont déterminées par le noyau (Core) + PP (Prepreg).et les constantes électriques doivent tous être considérés conjointement avec la simulation de l'empilement de couches.

• Noyau: planche rigide avec stratification en cuivre à double face
• PP: Résine semi-solide utilisée pour la liaison entre couches

Des proportions appropriées sont essentielles pour éviter les problèmes de processus tels que la déformation du panneau, les vides et le pellage du cuivre pendant la stratification.

5Les lignes différentielles: le routage symétrique est essentiel à l'intégrité du signal.

Les signaux différentiels sont utilisés pour la transmission de données à grande vitesse, tels que le LVDS, l'USB et le PCIe, et doivent satisfaire aux exigences suivantes:

• Longueur, largeur et espacement égaux
• Référence constante du plan au sol
• Évitez les plans de référence discontinues

L'asymétrie dans les traces différentielles affecte directement l'inclinaison de l'horloge et le bruit croisé, et doit être prise en compte de manière exhaustive pendant la phase de mise en page.

6Intégrité du signal (SI): l'âme de la conception de circuits imprimés à grande vitesse

Cinq facteurs majeurs affectant l'intégrité du signal:

• Réflexion (décalage d'impédance)
• Interférence (traces trop proches l' une de l' autre)
• Résistance au sol (interférence du courant de retour au sol générée par la commutation simultanée de plusieurs puces)
• Une conception de filtrage inappropriée
• Conception inadéquate de la structure des PCB

Les problèmes de SI entraînent souvent une défaillance du système, des réinitialisations fréquentes et des erreurs de données.

7Réflexion des signaux: empêcher les signaux de "retourner sur le même chemin"

La réflexion du signal peut provoquer:

• Dépassement
• Sous-branche
• Ça sonne.
• Formes d'ondes à étapes

Pour contrôler la réflexion, en plus de la correspondance d'impédance, une correspondance correcte des terminaisons (extrémités de la source et de la charge) est nécessaire et les ruptures du plan de référence doivent être évitées.

8- Interférence: "pollution sonore" entre les lignes de signal

Les lignes à grande vitesse étroitement emballées sans référence au sol généreront un bruit croisé sévère, particulièrement perceptible dans le DDR ou le routage parallèle de bus à grande vitesse.

Couplings capacitifs → écoute croisée de courant
Accouplement par induction → échange de tension
Solution: Ajouter des gardes au sol, maintenir une bonne distance entre les traces et contrôler la direction des traces.

9La couche d'alimentation interne: l'arme secrète pour une alimentation stable et une suppression des interférences

La puissance et le sol doivent être conçus comme des plans de grande surface avec une partition raisonnable et dense par placement afin d'éviter les îles flottantes et les boucles d'alimentation brisées.

10Vias aveugles/enterrés: une technique clé dans la conception de PCB à haute densité

• Blinds de première commande via: L2-TOP
• Blinds de deuxième ordre via: L3-TOP
• Enterré par: Interconnecté entre L3-L6

Les vias aveugles/enterrés sont largement utilisés dans les cartes HDI, ce qui améliore considérablement l'utilisation de l'espace, mais ils imposent des coûts et des exigences de traitement élevés.

11. Points d'essai: "Fuses" pour le débogage de la production de masse

Utilisé pour les tests fonctionnels, la programmation en circuit et le positionnement de débogage.

12. Points de repère: Assurer la précision du placement SMT

Utilisé pour le positionnement SMT.

• principalement circulaire de 1 mm;
• Laisser les ouvertures du masque de soudure autour des points de marquage;
• Trois points de marquage sur le tableau doivent être disposés de façon symétrique avec un fond en feuille de cuivre cohérent.

13PTH/NPTH: Porteurs pour la connexion et la fixation

• PTH (Metallized Hole): utilisé pour les connexions électriques;
• NPTH (Non-metallic Hole): Utilisé pour le positionnement structurel, l'installation de vis, etc.

Les caractéristiques des trous doivent être marquées avec précision dans le fichier technique pendant le traitement afin d'éviter les retouches.

Conclusion: Maîtriser les détails clés permet de concevoir des PCB de haute qualité

La conception de circuits imprimés n'est pas simplement un "dessin", mais un projet d'ingénierie de systèmes complexe qui prend en compte les performances électriques, la faisabilité du processus, les coûts de production et la maintenance future.Comprendre la logique de conception et la signification de l'ingénierie derrière chaque terme est le point de départ pour devenir un ingénieur professionnel en PCB.