Qu’il s’agisse d’une carte simple ou complexe, une bonne conception de circuit imprimé garantit que la carte fonctionnera comme prévu et pourra être fabriquée en série. Dans cet article, nous avons compilé 10 directives de conception de circuits imprimés qui s’appliquent à la plupart des cartes de circuits imprimés standard. Ces règles couvrent des aspects clés, notamment la fabricabilité, la disposition des empilements, le placement des composants, la gestion thermique, etc. Elles aideront les concepteurs à créer des circuits imprimés hautement performants et fiables en 2025.
Règle n° 1 : garantir la fabricabilité dans la conception des circuits imprimés
En matière de directives de conception de circuits imprimés, la fabricabilité est le premier critère à prendre en compte. Même si une conception est parfaite, elle ne peut être considérée comme un véritable succès si elle est difficile à produire. Les concepteurs doivent tenir compte de facteurs tels que les capacités des équipements de fabrication, la disponibilité des matériaux et la facilité d’assemblage.
Règle n° 2 : planifier stratégiquement l’empilement des circuits imprimés
Une règle importante dans les directives de conception de circuits imprimés consiste à planifier stratégiquement l’empilement des circuits imprimés. Chaque couche a une fonction spécifique. La disposition de ces couches affecte non seulement l’esthétique, mais aussi les performances. Un empilement bien planifié peut minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) et maintenir l’intégrité du signal.
La clé pour obtenir l’intégrité du signal est de préserver la forme et la synchronisation du signal. Cela peut être réalisé grâce à un empilement soigneusement conçu afin de minimiser la perte de signal et la diaphonie. En outre, les interférences électromagnétiques peuvent endommager vos circuits. Cependant, un empilement bien conçu peut aider à contrôler les interférences électromagnétiques en fournissant un blindage et des chemins de retour de courant.
Règle n° 3 : séparer les blocs analogiques et numériques
Il arrive parfois que les signaux analogiques et numériques doivent circuler sur le même circuit imprimé. Si ces signaux sont mélangés, ils partagent le même chemin de retour de courant. Le bruit provenant des circuits numériques peut interférer avec les circuits analogiques, provoquant une distorsion du signal et une dégradation des performances. En séparant correctement les modules analogiques et numériques dans la disposition, vous pouvez garantir la stabilité et la fiabilité du circuit. Voici quelques pratiques utiles :
- Placez les composants sensibles (référence de tension et amplificateurs) sur le plan analogique. De même, placez les composants bruyants (blocs de synchronisation et commande logique) sur le plan numérique.
- Un convertisseur analogique-numérique (ADC)à signaux mixtes ou un convertisseur numérique-analogique (DAC) à faible courant numérique peut être placé sur le plan analogique. Pour plusieurs ADC/DAC à courant élevé, il est conseillé de séparer les alimentations numériques et analogiques.
- Les microcontrôleurs et les microprocesseurs doivent être placés à proximité des modules associés ainsi qu’au centre du circuit imprimé afin de faciliter la dissipation thermique et le routage.
Règle n° 4 : planifier judicieusement le placement des composants
Le placement des composants a un impact direct sur les performances, la fabricabilité et l’accessibilité du circuit. Au cours de ce processus, vous pouvez être confronté à différents défis et devoir tenir compte de nombreuses directives de conception de circuits imprimés. Voici quelques règles essentielles :
- Placez d’abord les composants critiques et nécessaires, puis les autres pièces, afin d’éviter les contraintes mécaniques liées à l’enveloppe ou à la taille.
- Pour les circuits à haute vitesse, analogiques et d’alimentation, il est recommandé de placer les composants à proximité les uns des autres afin de conserver des traces courtes et directes.
- Pour les grands circuits intégrés et les processeurs, il est conseillé de les placer au centre afin de simplifier le routage des traces.
- Placez tous les composants SMD du même côté afin de simplifier l’assemblage et de réduire les coûts.
- Pour garantir la fabricabilité, évitez de placer les composants trop près les uns des autres afin de ne pas empêcher l’assemblage automatisé.
- L’accessibilité est également essentielle. Les composants doivent être faciles d’accès pour les tests, les retouches, etc.
Règle n° 5 : concevoir pour une gestion thermique efficace
Une conception efficace de la gestion thermique peut garantir la fiabilité des composants et prolonger leur durée de vie. Voici quelques conseils de directives de conception de circuits imprimés pour la dissipation thermique :
Vias thermiques : ils offrent un chemin thermique efficace entre les composants et le matériau du circuit imprimé environnant.
Dissipateurs thermiques : ils sont installés sur les composants à haute puissance afin d’abaisser leur température de fonctionnement et d’éviter toute surchauffe.
Coulées de cuivre : il est efficace de dissiper la chaleur de manière plus uniforme en utilisant de grandes coulées de cuivre sur la couche d’alimentation et la couche de masse.
Matériaux à haute conductivité thermique : pour faciliter la dissipation de la chaleur, vous pouvez également utiliser des matériaux PCB présentant une excellente conductivité thermique, notamment des substrats en céramique ou en aluminium.
Règle n° 6 : optimiser le routage des pistes pour préserver l’intégrité du signal
Un routage réfléchi des pistes est essentiel pour garantir des performances fiables du circuit imprimé et une qualité de signal élevée. Voici les principales directives de conception de circuits imprimés que vous devez garder à l’esprit :
Longueur des pistes : veillez à ce que les pistes soient aussi courtes et directes que possible afin de minimiser la diaphonie et de maintenir un espacement approprié.
Largeur des pistes : maintenez une largeur de routage constante au sein d’un même réseau afin de conserver une impédance uniforme et de minimiser les réflexions.
Angles de routage : il est fortement recommandé d’utiliser des courbes douces à 135 degrés, plutôt que des angles droits ou aigus dans les pistes, car ceux-ci peuvent émettre du bruit et dégrader les performances.
Chemins de retour : veillez à ce que les chemins de retour des signaux sur les plans de référence soient clairs et courts afin de maintenir l’intégrité du signal.
Routage orthogonal : afin de minimiser la diaphonie, routez les traces sur des couches adjacentes dans des directions orthogonales.
Règle n° 7 : disposez correctement les plans d’alimentation et de masse
Les plans d’alimentation et de masse sont généralement disposés sur les couches internes, de manière symétrique et centrée. Pour les circuits imprimés comportant au moins 4 couches, utilisez un plan de masse complet plutôt qu’une trace de masse séparée. Avec les composants qui nécessitent une connexion directe à l’alimentation, un rail d’alimentation partagé peut être utilisé si un plan d’alimentation dédié n’est pas disponible. Cependant, évitez de connecter les alimentations en série. En outre, il est important de s’assurer que les traces sont suffisamment larges. Les traces étroites peuvent chauffer, voire brûler, lorsque le courant est élevé.
Règle n° 8 : optimiser la disposition des panneaux de circuits imprimés pour la production
Dans la conception de circuits imprimés, une optimisation adéquate de la disposition des panneaux PCB peut contribuer à réduire les coûts de fabrication et à améliorer l’efficacité de la production. Contactez le fabricant de PCB pour obtenir les dimensions de panneaux recommandées, puis ajustez votre conception en conséquence. Vous devez appliquer une disposition qui correspond aux tailles de panneaux préférées du fabricant, en répétant la conception autant que possible.
Règle n° 9 : tirer parti de la sérigraphie pour gagner en efficacité
La sérigraphie est utilisée pour marquer diverses informations sur les circuits imprimés, jouant un rôle essentiel dans l’assemblage et la maintenance. Une sérigraphie claire et bien conçue peut indiquer la position des composants, la polarité, l’orientation, les indicateurs de points de test, les informations du fabricant, la version de la carte, etc. Elle aide les assembleurs à localiser rapidement les composants, ce qui leur permet de réaliser efficacement l’installation et le soudage. De plus, la sérigraphie peut faciliter le débogage et les réparations ultérieures. Il est important de noter que la sérigraphie doit éviter de recouvrir les pastilles de soudure et rester claire et facile à lire.
Règle n° 10 : effectuez des vérifications régulières
Avant de passer à la production, il est préférable de vérifier régulièrement et à plusieurs reprises la conception. Toute erreur peut avoir un impact sur la production et l’assemblage ultérieurs. Nous vous recommandons de toujours effectuer un contrôle DRC et ERC au cours du processus de conception afin de vérifier que votre conception est correcte. L’exécution d’un contrôle DRC ne prend que peu de temps, mais peut vous faire gagner beaucoup de temps lors du débogage et des modifications ultérieurs. De plus, la vérification continue est une bonne habitude qu’il convient de conserver.
Conclusion
En apprenant ces 10 principales directives de conception de circuits imprimés, les concepteurs et les ingénieurs peuvent rationaliser le processus de conception et obtenir des circuits imprimés fiables et performants. Dans la pratique, ces règles permettent d’assurer une fabrication fluide et des performances stables. Cependant, pour certains circuits imprimés spéciaux et complexes, nous devons également suivre des directives de conception de circuits imprimés supplémentaires et spécifiques afin de répondre aux exigences de performance et de fiabilité.
