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Auteur(s)
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Eric CADALEN : Ingénieur matériaux de la microélectronique, service technologie, THALES Microelectronics
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’aptitude d’un circuit imprimé à être fabriqué dans des conditions industrielles dépend principalement de la manière dont il a été conçu. Le coût de sa réalisation, les rendements, la qualité du produit terminé sont proportionnels à la qualité du design.
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 :
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quelles sont les fonctions que le circuit imprimé devra remplir ? ;
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quels types de composants y seront implantés (traversants, composants montés en surface, actifs, non actifs, etc.) ? ;
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les lignes devront-elles avoir une impédance déterminée et tolérancée ? ;
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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 ? ;
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la vitesse de propagation des signaux est-elle imposée, ainsi que les pertes diélectriques ? ;
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quelle sera la quantité de circuits à réaliser ? ;
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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 :
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le matériau de base ;
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le format détouré du circuit imprimé ;
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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.
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- Version courante de nov. 2013 par Eric CADALEN
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5. Contrôle du circuit imprimé fini
Que ce soit dans les phases de fabrication ou dans celles d’utilisation du circuit imprimé, le contrôle de la qualité du circuit imprimé s’avère nécessaire. Diverses techniques permettent de répondre à cette exigence et sont majoritairement non destructives, à l’exception de la microsection qui peut néanmoins être réalisée sur un coupon test défini au préalable.
5.1 Mesure d’impédance
Certains circuits imprimés sont dits à impédance contrôlée, ce qui signifie que la valeur de celle-ci sur les pistes du circuit imprimé doit être comprise, au moins, dans les 10 % autour de la valeur nominale imposée par le technologue qui spécifie les caractéristiques électriques du circuit.
Pour s’assurer de la valeur correcte de l’impédance sur le circuit imprimé, le concepteur doit donner au fabricant la possibilité de contrôler son travail. Pour cela, il pourra implanter, sur chaque couche nécessitant un contrôle, une ligne de test, indépendante électriquement des pistes fonctionnelles mais représentative en largeur et en épaisseur, et d’une longueur suffisante, environ 10 cm pour une mesure significative par la méthode de réflectométrie. La ligne de test d’une couche interne sera remontée en surface à l’aide d’un trou métallisé, lequel trou sera blindé sur la couche externe par une couronne de cuivre reliée à la masse du circuit, afin que la mesure ne soit pas perturbée par l’environnement.
Les paramètres influant sur l’impédance dans un circuit imprimé sont :
-
permittivité du matériau : lorsque la permittivité du matériau diminue, l’impédance de la ligne augmente ;
-
épaisseur des diélectriques : lorsque la distance du plan de masse à la piste logique augmente, l’impédance augmente ;
-
dimensions de la piste : lorsque l’épaisseur de la piste diminue, l’impédance augmente. Lorsque la largeur de la piste diminue, l’impédance augmente.
Il est faux, à notre avis, de dire qu’il est nécessaire de disposer de matériaux à faible permittivité pour réaliser des circuits imprimés à impédance contrôlée, le célèbre FR4 le permet aussi bien que le PTFE (polytétrafluoréthylène)...
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NORMES
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Acceptability of printed boards. - A-600F -
-
Specification for high density interconnect (HDI) & microvia material. - 4104 -
-
Design guide for high density interconnects (HDI) & microvias. - 2315 -
-
Sectional design standard on rigid organic printed boards. - 2222 -
-
Generic standard on printed board design. - 2221A -
-
Implementation of ball grid array & other high density technology. - J-STD-013 -
-
Tests of flammability of plastic materials for parts in devices and appliances. - UL 94 -
ANNEXES
(liste non exhaustive)
FLO/PCB
Logiciel de la compagnie Flomerics permettant de faire une simulation thermique d’un circuit imprimé comprenant des composants (et leur modèle thermique issu de la bibliothèque JEDEC) et d’optimiser la conception thermique par ajout de vias thermiques, plaques de cuivre, etc.
GC-Prevue
Logiciel gratuit de la compagnie GraphiCode permettant de lire des fichiers gerber. Le format gerber, connu aussi sous le nom de RS-274, est un format standard dans l’industrie pour décrire un circuit imprimé. Ce format est le support des masques utilisés en photolithographie. Le circuit imprimé est ainsi décrit par un fichier gerber pour chaque couche et un fichier comprenant les positions de perçage.
sPlan
Logiciel dédié à la conception de schémas électriques, de diagrammes et schémas électroniques.
http://www.abacom-online.de/html/splan.html
Sprint-Layout
Logiciel dédié au tracé de circuits imprimés permettant de générer des fichiers au format gerber.
http://www.abacom-online.de/html/sprint-layout.html
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Directive européenne...
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