Le prototypage de circuits imprimés est le processus de fabrication d'un circuit sous la forme d'un circuit imprimé. Ce circuit imprimé rend la connexion de vos composants plus sûre et plus robuste. Un prototype sur circuit imprimé est préférable à une planche à pain avec des composants câblés. Cette méthode est particulièrement utile lorsque vous présentez vos projets. Vous pouvez prototyper un circuit imprimé manuellement ou faire appel à un fabricant de circuits imprimés fiable. En général, un fabricant produit des circuits imprimés de meilleure qualité et plus durables.
Le prototypage d'un circuit imprimé implique plusieurs processus. Cet article décrit ces processus afin d'accélérer et de faciliter le prototypage des circuits imprimés.
Choisir un logiciel de mise en page de circuits imprimés
Aujourd'hui, plusieurs logiciels de mise en page de circuits imprimés peuvent vous aider à concevoir votre prototype de circuit imprimé. Il existe des logiciels gratuits et payants. Il existe également des outils de conception de circuits imprimés basés sur le web. Quel que soit l'outil que vous choisissez, l'important est que vous soyez à l'aise avec lui et qu'il réponde à vos besoins de conception. Vous pouvez vous renseigner sur les capacités de plusieurs outils de conception de circuits imprimés énumérés ci-dessous.
Voici des exemples de logiciels gratuits de mise en page de circuits imprimés que vous pouvez télécharger et installer sur votre PC.
- Libre PCB
- KiCAD
- PCB express
- Conception du circuit imprimé Spark
Voici des exemples de logiciels de mise en page de circuits imprimés payants. Ces logiciels sont généralement utilisés par des entreprises de taille moyenne ou grande. Vous pouvez télécharger une version d'essai gratuite du logiciel avant de le payer.
- Concepteur Altium
- Allegro PCB Designer
- OrCAD
- Autodesk Fusion 360
- Circuit Studio
- PADS PCB Design
Voici des exemples de logiciels de mise en page de circuits imprimés basés sur l'informatique en nuage. Grâce à ces logiciels, vous n'avez pas besoin d'installer un grand nombre de logiciels sur votre PC. Parfois, le téléchargement des composants logiciels est facultatif.
- EasyEDA
- ai
- CADLab
- Altium 365
- Solidworks PCB
Notez que votre logiciel de mise en page de circuits imprimés doit générer des sorties de fabrication ou de production afin que vous puissiez les envoyer à votre fabricant de circuits imprimés. Ce dernier doit ensuite vous envoyer un circuit imprimé fini, prêt pour le prototypage. Vous pouvez également assembler un prototype de circuit imprimé avec des composants placés sur vos cartes. Avec cette méthode, vous ne devez pas souder manuellement les composants sur votre PCB. Ce processus peut vous faire gagner du temps sur vos projets. Notez toutefois que l'assemblage de circuits imprimés entraîne des frais généraux de mise en place.
Faire un schéma clair
À quoi sert un schéma ?
Vous devez réaliser un prototype de circuit imprimé avec un schéma clair. Un schéma représente le câblage de tous les composants de votre circuit imprimé. En général, le schéma part de l'idée d'un concepteur de circuit. Il l'expose ensuite dans un programme d'édition. Le concepteur peut réviser le schéma à plusieurs reprises. Ce processus peut se poursuivre jusqu'à ce qu'il débogue complètement le circuit final.
Comment faire un schéma ?
Heureusement, il est facile de faire un schéma, surtout avec les outils EDA disponibles aujourd'hui. En général, un éditeur de schémas fait déjà partie de l'IDE (environnement de développement intégré) d'un EDA. L'éditeur fonctionne généralement avec la mise en page du circuit imprimé, la bibliothèque d'empreintes de pièces et l'éditeur de bibliothèque de symboles de pièces. Plusieurs éditeurs de schémas se contentent de faire glisser et de déposer les symboles de pièces dans leur fenêtre d'édition, prêts à être câblés par l'utilisateur.
Vérifiez si vos composants sont disponibles dans votre bibliothèque de pièces.
Il se peut que vous découvriez que vous avez des composants qui doivent être ajoutés à votre bibliothèque de pièces pendant que vous réalisez votre schéma. Ce processus n'a rien d'alarmant ; vous pouvez le considérer comme une expérience d'apprentissage opportune. Vous pouvez consulter les sites web de plusieurs fabricants de composants et voir si vous pouvez télécharger la bibliothèque CAO de la pièce manquante. Vous pouvez également visiter les sites web de bibliothèques CAO de tiers de confiance et trouver le composant manquant.
Exemples de sites web de bibliothèques de CAO de tiers
- Ultra Bibliothécaire
- SnapEDA
- SamacSys
Vous pouvez créer votre pièce si vous ne trouvez pas le composant manquant dans l'un des processus susmentionnés. Ce processus implique de passer par l'éditeur de symboles et d'empreintes de votre logiciel de conception de circuits imprimés. Consultez le manuel ou le menu d'aide de votre logiciel pour apprendre à utiliser ces éditeurs.
Créez ou routez votre circuit imprimé à l'aide d'un éditeur de circuit imprimé.
Un éditeur de tracé de circuit imprimé vous aidera à tracer votre circuit imprimé en fonction de la conception prévue. L'éditeur de tracés de circuits imprimés et l'éditeur de schémas travaillent généralement main dans la main pour mener à bien la tâche de conception. Plusieurs outils d'EDA disposent aujourd'hui d'un éditeur de tracé de circuit imprimé décent permettant de réaliser la plupart des conceptions de circuits imprimés.
Quelles sont les caractéristiques d'un éditeur de circuits imprimés ?
- Il peut être doté de fonctions d'acheminement automatique. L'acheminement automatique signifie que vous laissez l'ordinateur se charger de l'acheminement des pistes à votre place. Certains peuvent également effectuer un placement automatique des composants.
- Dispose de la fonction DRC (Design Rule Checking). La vérification des règles de conception est une fonction essentielle de tout éditeur de circuits imprimés. Le DRC vérifie que votre conception ne présente pas de problèmes de placement, de piste ou d'autres problèmes de conception avant qu'elle n'atteigne le stade de la fabrication.
- Possibilité de synchroniser ou de mettre à jour toute modification de composant ou de câblage avec l'éditeur de schémas. Cette fonction est recherchée par de nombreux concepteurs de circuits imprimés.
- Elle peut vous aider à câbler des pistes de longueur égale. Cette méthode est importante, en particulier si vous câblez des pistes à grande vitesse qui nécessitent une adaptation d'impédance.
Vous devriez être en mesure de créer des sorties de fabrication après avoir terminé votre conception et effectué des vérifications DRC.
Créer des sorties de fabrication
Vous créerez généralement des sorties de fabrication ou de production après avoir créé votre conception de PCB. Ce processus s'applique si vous souhaitez que vos cartes soient fabriquées par un fabricant de circuits imprimés. Pour ce faire, vous devez vérifier comment générer des sorties de fabrication sur votre logiciel de conception de circuits imprimés. Un menu est généralement prévu à cet effet.
Les sorties ou données de fabrication sont généralement au format Gerber. Ces fichiers Gerber sont formatés pour fonctionner correctement avec les machines de fabrication de circuits imprimés. Vérifiez vos paramètres de sortie Gerber avec votre fabricant de circuits imprimés avant de les générer.
En général, vous devez vous familiariser avec les informations sur les couches de votre Gerbers. Des couches telles que :
- Couches supérieures et inférieures de pistes.
- Couches supérieure et inférieure de l'écran de soie.
- Pistes de la couche intérieure (le cas échéant).
- Couches de masque de soudure et de pâte à braser.
- PCB OUtline layer.
- Couche de fabrication ou d'assemblage.
N'oubliez pas non plus d'éditer votre fichier de données de perçage (DRL). Ce fichier est essentiel, surtout si votre dessin comporte des trous de forage.
Créer des sorties d'assemblage
Ce processus est nécessaire si vous souhaitez que votre circuit imprimé soit déjà assemblé avec des composants. Vous pouvez opter pour l'assemblage du circuit imprimé, en particulier si vous avez plusieurs circuits imprimés dont la production prend du temps. Vous pouvez également opter pour ce processus si vous avez des difficultés à souder des composants spécifiques.
Votre logiciel de conception de circuits imprimés doit comporter une option permettant de produire des fichiers d'assemblage. Les fichiers d'assemblage sont généralement composés des éléments suivants :
- Fiche de poste.
- Fichier de nomenclature.
Les fichiers de position, également appelés fichiers pick & place ou fichiers centroïdes, définissent la position X et Y de tous les composants de votre circuit imprimé. Ces informations sont nécessaires pour qu'une machine pick-and-place puisse placer correctement vos composants sur votre carte. Les fichiers de nomenclature contiennent des informations importantes concernant chaque composant, telles que le code de référence, le numéro de pièce du fabricant, l'empreinte du circuit imprimé et la description.
Vérifiez vos résultats de fabrication à l'aide d'un visualiseur Gerber
Vous pouvez utiliser une visionneuse Gerber pour vérifier que vous n'avez plus de problèmes dans votre conception finale. Il se peut que vous ayez besoin de repérer certains éléments difficiles à repérer. Il peut s'agir de pastilles de pâte à braser, de masques, de références de sérigraphie, de queues sur les pistes de cuivre, etc. Une bonne visionneuse Gerber permet d'effectuer des zooms avant et arrière afin d'obtenir une vue d'ensemble de votre conception.
Certains logiciels de conception de circuits imprimés intègrent déjà une visionneuse Gerber dans leur système, comme KiCAD (qui utilise Gerber Viewer) ou Altium Designer. Si votre logiciel n'en possède pas, ne vous inquiétez pas : de nombreux visualiseurs Gerber tiers sont disponibles. En voici quelques exemples.
- Gerbv
- ViewMate
- Zofz PCB Viewer
- Visualisateur Gerber
Préparez-vous à envoyer vos données de fabrication à votre fabricant de circuits imprimés
Vos données de fabrication de circuits imprimés doivent être sécurisées lorsque vous les envoyez à votre fabricant de circuits imprimés. En général, elles doivent être placées dans un fichier zip afin de ne pas être dispersées. Ensuite, assurez une bonne communication avec votre fabricant en ce qui concerne la fabrication de vos cartes.
Vous pouvez discuter avec votre fabricant des matériaux et processus appropriés pour vos panneaux. Voici quelques éléments à prendre en compte :
- Quelle est l'épaisseur de votre panneau, et combien de couches ?
- Quel est le matériau du circuit imprimé que vous souhaitez ?
- Quelle est la finition de tampon souhaitée ?
- Quelle est la couleur de votre sérigraphie ?
- Avez-vous besoin de cartes sans plomb ?
- Dans l'assemblage, avez-vous besoin d'un pochoir ?
- Quel type de test voulez-vous que votre fabricant effectue sur vos planches une fois qu'il les a fabriquées ?
Enfin, convenez des modalités de paiement et de livraison.
Il serait utile que vous continuiez à communiquer avec votre fabricant jusqu'à ce qu'il ait finalisé votre carte. Ne fermez pas les lignes de communication avec lui. Il se peut que votre conception présente des défauts liés à leurs processus de fabrication. Plus ces défauts ne sont pas corrigés, plus le délai d'exécution de votre conception sera long.
Recevez vos prototypes de circuits imprimés et inspectez-les.
Si tout va bien, vous recevrez vos prototypes de circuits imprimés à temps. Vérifiez et inspectez-les dès leur réception pour vous assurer qu'il n'y a pas de problème. Votre fabricant doit être disposé à discuter de ce genre de choses, et cela doit faire partie de son système d'assistance à la clientèle. Il est donc essentiel de trouver des fabricants de circuits imprimés fiables qui offrent un service après-vente.
Finaliser votre prototype de PCB
Déboguez votre prototype de circuit imprimé et finalisez-le pour présenter votre projet. Si nécessaire, vous pouvez procéder à une nouvelle révision de votre carte. Ce processus est appelé "re-spin". Une bonne conception, bien pensée, ne nécessite généralement que peu (voire pas) de révisions. Dans ce cas, vous pouvez économiser du budget pour votre prochaine idée de projet.