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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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- Version archivée 1 de août 2005 par Eric CADALEN
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5.1 Routage en courant continu
D'un point de vue électrique, la section minimale des pistes est définie par rapport au courant maximal requis et par l'augmentation maximale de température admissible par rapport à la température ambiante.
I = k × ΔT 0,44 × A 0,725 (source IPC-2221A)
avec :
- I :
- intensité (en ampères),
- ΔT :
- différence entre la température ambiante et la température maximale admissible par l'assemblage (en degrés),
- A :
- section du conducteur (en square /mil),
- k = 0,048 :
- pour les couches externes,
- k = 0,024 :
- pour les couches internes.
soit typiquement 3,5 A pour une couche interne et 6,7 A en couche externe pour une piste de 1 mm et épaisseur 70 µm avec une excursion en température de 30 °C.
De même, l'espacement minimal entre pistes est défini par la tension appliquée entre les deux pistes. Ces tensions sont tabulées dans des tables et abaques disponibles notamment avec les normes IPC-2221. Là aussi, certaines conditions viennent interagir sur la valeur finale d'espacement :
-
couche interne ou externe ;
-
couche externe revêtue ou non d'un vernis épargne ;
-
couche externe avec assemblage revêtue d'un vernis de protection (conformal coating).
D'une façon générale, un espacement minimal de 100 µm permet de travailler jusqu'à 30 V sur une couche externe et 50 V sur une couche interne.
HAUT DE PAGE5.2 Routage en courant variable
En fonction des gammes de fréquence, plusieurs configurations de lignes dites coplanaires ou à microruban permettent de faire un routage en contrôlant l'impédance fonction de la géométrie des pistes, leur position (en couche interne ou externe) mais aussi des matériaux...
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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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