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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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This article reviews the processes and feedback that led to printed circuit board design. They notably include the design of tracks and annular rings that meet the required levels of electrical and thermal performance as well as those of reliability. The design is the beginning of a timeline that shares a normative framework, standards and CAD tools used in a specific industrial sector. Whilst respecting environmental criteria, the rigid printed circuit board can then be classified according to levels of performance based on acceptance criteria.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
printed circuits boards | annular rings | trough hole vias | microvias | insulated substrate
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2005 par Eric CADALEN
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Matériaux et procédés de fabrication. Contrôles associés
L'application envisagée apporte des contraintes à prendre en compte lors du choix des matériaux dès la phase de conception. Les exemples de propriétés des matériaux de base ci-dessous illustrent ce propos et permettent de comprendre l'importance du choix de ces matériaux.
-
Coefficient d'expansion thermique CTE du circuit imprimé : le choix de ce paramètre permet d'éviter les contraintes d'origine thermique liées à la différence de CTE entre le circuit imprimé et les assemblages montés en surface sachant que parmi les matériaux de base, la valeur du CTE dans le plan du matériau (axes x et y) peut varier d'un facteur 10.
-
Température maximale de travail en continu du PCB (ou MOT : Maximum Operating Temperature) : c'est la température à laquelle un stratifié peut fonctionner en continu pendant une longue période sans détérioration importante. Ce MOT permet de définir la gamme d'utilisation (applications automobiles sous le capot moteur, matériel de télécommunications grand public).
Exemple : le MOT du FR2 utilisé dans les applications telles que radio, réveil ou jouets est de 30 °C inférieur au FR4 ce qui lui assure moins de 20 s de résistance dans un bain d'alliage de brasure eutectique étain /plomb. Le standard FR4 qui présente un T g supérieur à 135 °C permet de résister 120 s ce qui est largement suffisant dans les procédés classiques de brasage étain-plomb.
-
Température de transition vitreuse : ce paramètre constitue un indicateur (mais en aucun cas un test !) des possibilités offertes par le matériau de base. Il renseigne sur un changement des caractéristiques matériau autour de cette température et notamment un aspect « ramolli ou caoutchoutique » au-dessus du T g en regard de l'état « dur » en dessous du T g. Ce paramètre permet donc d'indiquer les propriétés du matériau et notamment les CTE qui ont des valeurs différentes entre la température au-dessus et celle au-dessous du T g.
Exemple : on peut noter que le FR4 [grade couramment retenu issu du standard américain NEMA (National electrical manufacturers)] existe avec des T g différents ! Dans les applications « sans plomb », on...
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Matériaux et procédés de fabrication. Contrôles associés
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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