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RÉSUMÉ
Cet article passe en revue les procédés et retours d'expérience qui ont conduit à la conception des circuits imprimés. Citons notamment le dessin des pistes et pastilles qui répondent à des niveaux requis de performances électriques, thermiques et de fiabilité. La conception est le début d'une chronologie qui partage un référentiel normatif, des standards ainsi que des moyens de CAO communs à tous les interlocuteurs d'un même cadre industriel. Tout en respectant les critères environnementaux, le circuit imprimé rigide peut alors être classé par niveaux de performances sur la base de critères d'acceptation.
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Eric CADALEN : Ingénieur en science des matériaux
INTRODUCTION
Le concepteur de circuits imprimés aura la satisfaction d'obtenir de bons résultats, s'il tient compte des impératifs de fabrication, ce qui signifie qu'il devra avoir une bonne connaissance des procédés, des différentes méthodes, des équipements et, bien sûr, du personnel nécessaire à la construction du produit. La dérive peut être rapide, et l'on rencontre souvent le cas de circuits non réalisables industriellement car leurs caractéristiques mécaniques sont en dehors des limites du savoir-faire de la plupart des fabricants. Bien sûr, on trouvera la parade pour néanmoins obtenir le produit terminé, mais à quel prix ?
L'un des objectifs de ce document est de faire prendre conscience au concepteur des avantages qu'il peut apporter à sa société, s'il tient compte des difficultés qu'aura un fabricant lors de la réalisation du circuit imprimé. Avant de commencer tout travail, le concepteur doit se poser certaines questions telles que :
-
quelles sont les fonctions que le circuit imprimé devra remplir ?
-
quels types de composants y seront implantés (traversants, composants montés en surface, actifs, passifs, etc.) ?
-
les lignes devront-elles avoir une impédance déterminée et tolérancée ?
-
la technologie du futur circuit imprimé nécessitera-t-elle des blindages par des lignes reliées à la masse, afin d'éviter les problèmes éventuels de diaphonie ?
-
la vitesse de propagation des signaux est-elle imposée, ainsi que les pertes diélectriques ?
-
quelle sera la quantité de circuits à réaliser ?
-
où seront fabriqués les produits ? Quel est le niveau de « savoir-faire » du manufacturier ?
Déjà, à partir des réponses fournies, on verra apparaître des éléments qui détermineront, plus tard, la construction du circuit, tels que :
-
le matériau de base ;
-
le format détouré du circuit imprimé ;
-
la grille de perçage ;
-
le diamètre des trous des composants et des vias (sans composants).
C'est à partir du composant que l'on doit implanter sur le circuit que l'on va concevoir progressivement le produit, car déjà le diamètre du trou est imposé au concepteur [composant traditionnel ou composant monté en surface (CMS)], puis celui de la pastille qui va recevoir ce trou, ce qui déterminera la largeur des pistes, leur espacement et leur nombre possible à placer entre deux pastilles. Cette technique de circuits imprimés rigides bénéficie de plus de 70 ans d'expérience et ce document permet d'orienter le concepteur sur les règles de base en permettant de définir un dessin en connaissance de cause.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2005 par Eric CADALEN
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Conclusion
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6. Évolutions
L'objectif des évolutions est d'améliorer la fiabilité ou bien les performances électriques ou thermiques. Ce sont les applications qui permettent les évolutions industrielles même si, à la base, ce sont les procédés et matériaux qu'il faut adapter.
6.1 Matériaux
Il existe de nombreuses possibilités de classification des matériaux. Les caractéristiques de base ont été listées avec les matériaux usuels.
Ces propriétés correspondent à des grades couramment utilisés et déployés notamment par le NEMA et synthétisées dans le standard IPC-4101 (spécification des matériaux de base pour circuits imprimés rigides et multicouches). On y trouvera notamment les valeurs suivantes dans l'IPC-4101 régulièrement mise à jour avec les nouvelles références qui intègrent notamment les dernières évolutions liées au « sans plomb ».
Ces caractéristiques peuvent être détaillées et, en fonction des objectifs, on peut citer les suivantes.
-
Objectif de fiabilité :
-
coefficient thermique d'expansion CTE suivant les axes X,Y,Z à adapter aux composants en X et Y et à réduire suivant l'axe Z pour permettre la réalisation de trous débouchant fiables ;
-
inflammabilité (suivant la norme américaine UL94) ;
-
résistance chimique ;
-
résistance à la flexion ;
-
tenue en température (température de transition vitreuse) ;
-
résistance à l'humidité ;
-
résistance au pelage du cuivre du cuivre sur le diélectrique.
-
-
Objectif de performances électriques :
-
constante diélectrique pour applications hautes fréquence ;
-
facteur de dissipation pour applications haute fréquence ;
-
tension de claquage pour applications de puissance ;
-
rigidité diélectrique pour applications de puissance ;
-
résistivité en volume et en surface.
-
-
Objectif de performances thermiques :
-
coefficient de conductivité thermique ;
-
chaleur spécifique ;
-
température maximale d'utilisation en continu.
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Évolutions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BISMUTH (B.), GASCH (M.), MEOZZI (A.), ROSARIO (R.) - L'Europe : prête pour les changements? - Dossier Électronique Mag, janv/fev 2011.
-
(2) - ZARROW (P.) - Soldering. - Surface Mount Technology (SMT), August 2000.
-
(3) - COOMBS (C.F. Jr) - Printed circuits handbook, sixth edition - . Mc Graw Hill.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1 Outils logiciels et sites internet
-
http://electronique-mag. com : site du magazine piste et pastilles dédié aux circuits imprimés.
-
http://ipc-2581.com/ : site descriptif des fichiers d'échanges de données PCB
-
http://www.pentalogix.com/viewmate.php : éditeur de fichiers gerbers
-
http://www.designspark.com/pcb : outil de dessin de circuit imprimé gratuit
-
http://saturnpcb.com/pcb_toolkit.htm : outil de calcul relatifs aux PCB
-
http://www.tsien.info/ : outil de dessin schématique et circuit imprimé
-
http://www.cadsoftusa.com/eagle-pcb-design-software/ : outil de dessin circuit imprimé
-
http://www.freepcb.com/ : outil de dessin de circuit imprimé gratuit
-
https://www.expresspcb.com/ outil de dessin de circuit imprimé
-
...
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