Le prototypage de circuits imprimés (PCB) consiste à réaliser un circuit sous forme de carte de circuit imprimé. Cette carte permet de connecter les composants de manière plus sûre et plus robuste. Un prototype de PCB est préférable à une plaque d'essai avec des composants câblés, notamment pour la présentation de vos projets. Vous pouvez prototyper un PCB manuellement ou faire appel à un fabricant de PCB fiable. En général, les PCB fabriqués par un professionnel sont de meilleure qualité et plus durables.
Le prototypage d'un circuit imprimé (PCB) comprend plusieurs étapes. Cet article les décrit afin de simplifier et d'accélérer le prototypage de vos PCB.
Choisir un logiciel de conception de circuits imprimés
Aujourd'hui, plusieurs logiciels de conception de circuits imprimés (PCB) vous permettent de créer vos prototypes. Il existe des logiciels gratuits et payants, ainsi que des outils de conception en ligne. Quel que soit votre choix, l'important est que vous soyez à l'aise avec l'outil et qu'il réponde à vos besoins. Vous pouvez consulter les fonctionnalités de plusieurs logiciels de conception de circuits imprimés listés ci-dessous.
Voici des exemples de logiciels gratuits de conception de circuits imprimés que vous pouvez télécharger et installer sur votre PC.
- PCB libre
- KiCAD
- PCB express
- Conception de circuits imprimés Spark
Voici des exemples de logiciels de conception de circuits imprimés payants. Ce type de logiciel est généralement utilisé par les moyennes et grandes entreprises. Vous pouvez télécharger une version d'essai gratuite avant de l'acheter.
- Concepteur avancé
- Concepteur de circuits imprimés Allegro
- OuCAD
- Autodesk Fusion 360
- Circuit Studio
- Conception de circuits imprimés PADS
Voici des exemples de logiciels de conception de circuits imprimés (PCB) basés sur le cloud. Grâce à eux, vous n'avez pas besoin d'installer de nombreux logiciels sur votre ordinateur. Dans certains cas, le téléchargement de composants logiciels est même optionnel.
- FacileEDA
- ai
- CADLab
- Altium365
- PCB Solidworks
Notez que votre logiciel de conception de circuits imprimés doit générer les fichiers de fabrication afin que vous puissiez les transmettre à votre fabricant. Ce dernier vous enverra ensuite un circuit imprimé finalisé, prêt pour le prototypage. Vous pouvez également réaliser un prototype en intégrant les composants directement sur la carte. Cette méthode vous évite de souder manuellement les composants et vous permet de gagner du temps. Toutefois, veuillez noter que l'assemblage de circuits imprimés engendre des frais de mise en place.
Élaborez un schéma clair
Quel est l'objectif d'un schéma ?
Vous devez réaliser un prototype de circuit imprimé (PCB) accompagné d'un schéma clair. Ce schéma représente le câblage de tous les composants du circuit imprimé. Généralement, il est élaboré à partir d'une idée du concepteur, qui la met ensuite en forme à l'aide d'un logiciel de conception. Le concepteur peut alors modifier le schéma à plusieurs reprises, jusqu'à ce que le circuit final soit parfaitement au point.
Comment réaliser un schéma ?
Heureusement, la création d'un schéma est simple, notamment grâce aux outils de CAO électronique actuels. Généralement, un éditeur de schémas est intégré à l'environnement de développement intégré (IDE) du logiciel de CAO. Cet éditeur fonctionne généralement avec l'outil de routage du circuit imprimé, la bibliothèque d'empreintes de composants et l'éditeur de symboles de composants. Plusieurs éditeurs de schémas permettent simplement de glisser-déposer les symboles des composants 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 constatiez, lors de la création de votre schéma, que certains composants doivent être ajoutés à votre bibliothèque de pièces. Pas d'inquiétude : il s'agit d'une excellente occasion d'apprendre. Vous pouvez consulter les sites web de plusieurs fabricants de composants et vérifier si vous pouvez télécharger la bibliothèque CAO de la pièce manquante. Vous pouvez également visiter des sites web tiers de bibliothèques CAO fiables pour trouver le composant manquant.
Exemples de sites web de bibliothèques CAO tierces
- Ultra Bibliothécaire
- SnapEDA
- SamacSys
Si vous ne trouvez pas le composant manquant lors des étapes précédentes, vous pouvez le créer vous-même. Pour cela, utilisez l'éditeur de symboles et d'empreintes de votre logiciel de conception de circuits imprimés. Consultez le manuel ou l'aide de votre logiciel pour apprendre à utiliser ces éditeurs.
Créez ou tracez votre circuit imprimé à l'aide d'un éditeur de circuits imprimés.
Un éditeur de routage de circuits imprimés vous aidera à concevoir votre circuit imprimé conformément à votre schéma. L'éditeur de routage et l'éditeur de schémas fonctionnent généralement de concert pour mener à bien la conception. De nombreux logiciels de CAO électronique actuels intègrent un éditeur de routage performant permettant de réaliser la plupart des conceptions de circuits imprimés.
Quelles sont les caractéristiques d'un éditeur de conception de circuits imprimés ?
- Il peut être doté de fonctions de routage automatique. Le routage automatique signifie que l'ordinateur se charge du tracé des voies. Certains modèles peuvent également effectuer le placement automatique des composants.
- Intègre la vérification des règles de conception (DRC). Cette fonctionnalité est essentielle pour tout logiciel de conception de circuits imprimés. La DRC vérifie le placement des pistes, les pistes et autres problèmes de conception avant la fabrication.
- Il est possible de synchroniser ou de mettre à jour toute modification de composant ou de câblage avec l'éditeur de schémas. Cette fonctionnalité est très recherchée par les concepteurs de circuits imprimés.
- Cela peut vous aider à câbler des pistes de même longueur. Cette méthode est particulièrement importante pour le câblage de pistes à grande vitesse nécessitant une adaptation d'impédance.
Vous devriez pouvoir générer les fichiers de fabrication après avoir finalisé votre conception et effectué les vérifications DRC.
Créer des sorties de fabrication
Vous générerez généralement les fichiers de fabrication après avoir créé votre circuit imprimé. Cette procédure est nécessaire si vous souhaitez que vos cartes soient fabriquées par un fabricant de circuits imprimés. Dans ce cas, vous devez vérifier comment générer ces fichiers dans votre logiciel de conception. Il existe généralement un menu dédié.
Les données de fabrication sont généralement au format Gerber. Ces fichiers Gerber sont optimisés pour les machines de fabrication de circuits imprimés. Avant de générer vos fichiers Gerber, vérifiez leurs paramètres de sortie auprès de votre fabricant de circuits imprimés.
En général, vous devrez vous familiariser avec les informations relatives aux calques de vos fichiers Gerber. Par exemple :
- Couches de pistes supérieures et inférieures.
- Couches de sérigraphie supérieure et inférieure.
- Pistes de la couche interne (le cas échéant).
- Couches de masque de soudure et de pâte à souder.
- Couche extérieure du circuit imprimé.
- Couche de fabrication ou d'assemblage.
N'oubliez pas non plus d'exporter votre fichier de données de perçage (DRL). Ce fichier est essentiel, surtout si votre conception comporte des trous de perçage.
Créer des sorties d'assemblage
Ce procédé est nécessaire si vous souhaitez que votre circuit imprimé soit déjà assemblé avec ses composants. L'assemblage du circuit imprimé peut s'avérer utile, notamment si vous avez plusieurs cartes dont la fabrication est longue. Ce procédé peut également vous être utile si vous rencontrez des difficultés pour souder certains composants.
Votre logiciel de conception de circuits imprimés devrait comporter une option permettant d'exporter des fichiers d'assemblage. Ces fichiers sont généralement composés des éléments suivants :
- Fichier de position.
- Fichier de nomenclature.
Les fichiers de positionnement, également appelés fichiers de placement ou fichiers de centroïde, définissent les coordonnées X et Y de tous les composants de votre circuit imprimé. Ces informations sont indispensables au positionnement précis des composants sur la carte par une machine de placement. Les fichiers de nomenclature (BOM) contiennent des informations importantes concernant chaque composant, telles que sa référence, sa référence fabricant, son empreinte sur le circuit imprimé et sa description.
Vérifiez vos fichiers de fabrication avec un visualiseur Gerber.
Vous pouvez utiliser un visualiseur Gerber pour vérifier que votre conception finale ne présente plus d'erreurs. Il se peut que vous deviez repérer certains éléments difficiles à identifier, comme des pastilles de pâte à braser oubliées, des masques, des références de sérigraphie, des irrégularités sur les pistes de cuivre, etc. Un bon visualiseur Gerber permet de zoomer et de dézoomer pour obtenir une vue d'ensemble de votre conception.
Certains logiciels de conception de circuits imprimés intègrent déjà une visionneuse Gerber, comme KiCAD (qui utilise Gerber Viewer) ou Altium Designer. Si votre logiciel n'en possède pas, pas d'inquiétude : de nombreuses visionneuses Gerber tierces sont disponibles. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples.
- Gerbv
- ViewMate
- Visionneuse de circuits imprimés Zofz
- Visionneuse 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 lors de leur envoi au fabricant. Généralement, elles doivent être regroupées dans un seul fichier ZIP afin d'éviter leur dispersion. Ensuite, assurez-vous de communiquer régulièrement avec votre fabricant concernant la fabrication de vos cartes.
Vous pouvez discuter des matériaux et des procédés de fabrication appropriés avec votre fabricant. Voici quelques points à prendre en compte :
- Quelle est l'épaisseur de votre panneau, et combien de couches comporte-t-il ?
- Quel matériau de circuit imprimé souhaitez-vous ?
- Quel type de finition de tampon souhaitez-vous ?
- Quelle est la couleur de votre sérigraphie ?
- Avez-vous besoin de cartes sans plomb ?
- Lors de l'assemblage, avez-vous besoin d'un pochoir ?
- Quels types de tests souhaitez-vous que votre fabricant effectue sur vos cartes une fois leur fabrication terminée ?
Enfin, convenez des modalités de paiement et de livraison.
Il serait utile de maintenir le dialogue avec votre fabricant jusqu'à la finalisation de votre carte. Veuillez ne pas interrompre les échanges. Il est possible que votre conception présente des défauts liés à leurs processus de fabrication. Plus ces défauts tardent à être corrigés, plus le délai de livraison de votre conception s'allongera.
Recevez vos prototypes de circuits imprimés et inspectez-les.
Vous devriez recevoir vos prototypes de circuits imprimés à temps. Dès réception, vérifiez-les attentivement afin de déceler d'éventuels problèmes. Votre fabricant devrait être disposé à discuter de ce type de points, et ce service devrait faire partie intégrante de son assistance client. Il est donc essentiel de trouver des fabricants de circuits imprimés fiables offrant un service après-vente de qualité.
Finalisez votre prototype de circuit imprimé
Déboguer votre prototype de circuit imprimé et finaliser sa conception en vue de la présentation de votre projet. Si nécessaire, vous pouvez effectuer une nouvelle révision de votre carte. Ce processus est appelé « re-spin ». Une conception bien pensée et de qualité nécessite généralement peu (voire aucune) de re-spins. Dans ce cas, vous pouvez économiser du budget pour votre prochain projet.