Lors de la conception de circuits imprimés (PCB), les ingénieurs ont souvent tendance à estimer approximativement certains paramètres de leur design.

L’un de ces paramètres est communément appelé «Trace and Space" :

Trace : désigne la largeur d’une piste de cuivre.

Space : désigne la distance entre deux pistes adjacentes.

La largeur des pistes et des espacements dépend de plusieurs facteurs.

Cet article fournit des instructions de base pour déterminer les lignes directrices appropriées en matière de trace et space.

Contrôle d'impédance

Les ingénieurs RF et les ingénieurs en conception numérique haut débit doivent acheminer soigneusement leurs pistes (et leurs chemins de retour de signal) à travers les différentes couches de leurs cartes. Le Dr Eric Bogatin affirme souvent : « Il existe deux types d'ingénieurs en antennes : ceux qui savent concevoir des antennes, et ceux qui ne le savent pas. » Ainsi, pour réduire les réflexions et les émissions rayonnées de votre carte, vous avez besoin d'une impédance constante sur les réseaux numériques et RF haut débit.

Chaque fois qu'une piste en cuivre change de largeur, de couche ou de substrat, la vitesse de propagation change et une partie du signal est réfléchie ou rayonnée dans l'espace. Il est important que les paires différentielles et les signaux numériques haut débit asymétriques bénéficient d'une priorité de routage dès le début de la conception afin de minimiser les transitions de couche. Les pistes provenant d'autres réseaux ne doivent pas croiser ces lignes, sauf si une couche plane les sépare.

Chaque couche de votre conception possède des propriétés matérielles uniques et peut potentiellement nécessiter des exigences différentes en termes de tracé et d'espace pour obtenir une impédance constante. Si vous disposez d'une trace de 7 mil avec un espace de 14 mil sur une couche externe, il y a très peu de chances que ces mêmes valeurs s'appliquent au réseau lors de la transition vers une couche interne.

Contrôle de la température

Les ingénieurs en conception de puissance sont généralement plus préoccupés par l'incendie de leur carte que par la fermeture de leur diagramme de l'œil. La question qu'ils se posent alors est généralement : « Quelle intensité de courant puis-je faire passer par cette piste ? ». Cette réponse était initialement donnée dans la norme IPC-2221, mise à jour par la norme IPC-2152.

La norme IPC-2152 a été publiée il y a cinq ans et ne doit être utilisée qu'à titre indicatif. Tous les prototypes doivent être testés sur le terrain avant d'être produits en série. Vous trouverez ci-dessous un graphique mis à jour, à utiliser uniquement à titre indicatif.

Pour utiliser le package graphique, déterminez la température de fonctionnement maximale sûre pour votre substrat PCB, ainsi que les conditions environnementales maximales attendues de la conception et un facteur de déclassement approprié. Les maximums ne sont pas la seule considération. Les contraintes causées par des coefficients de dilatation thermique mal adaptés jouent également un rôle. Les cycles thermiques à des températures relativement basses peuvent détruire votre conception bien avant que vous n'approchiez une limite de température supérieure.

Minimums de fabrication

Chaque fois qu'une conception repousse les limites absolues de la fabrication, toutes les cartes d'un panneau ne fonctionneront pas. Le rapport entre les succès et les essais est connu sous le nom de « rendement » et le contrôle du rendement est essentiel pour maintenir le coût de votre conception à un niveau bas. Ainsi, chaque fois que vous parlez à un fabricant et que vous lui demandez quelles sont ses directives minimales absolues en matière de tracé/espace, vous devez également lui demander quelles sont ses minima « préférés ».

Conclusion

Ce ne sont là que trois facteurs qui influencent vos directives de tracé et d'espacement pour les circuits imprimés rigides. N'oubliez pas qu'il ne s'agit que de lignes directrices. Les ingénieurs sont responsables de leurs conceptions. Prenez le temps de tester votre appareil sur le terrain.

Lors de la conception de circuits imprimés (PCB), les ingénieurs attribuent généralement :

Un numéro de modèle,

Un numéro de version,

Une date de sortie de la version.

Ce système de numérotation permet non seulement d’identifier un PCB spécifique pour un produit donné, mais il facilite également la traçabilité, conformément aux normes ISO et IPC.

Les fabricants de PCB impriment ces détails directement sur la surface du PCB en utilisant une méthode appelée impression en sérigraphie (silkscreen printing).

En plus des détails du PCB, la sérigraphie peut inclure :

• Logos d’entreprise,
• Marques de fabrication,
• Numéros d’identification des composants,
• Numéros de référence du PCB et du PCBA,
• Symboles d’orientation des composants,
• Points de test,
• Symboles d’avertissement,
• Indications de conformité RoHS,
• Et d’autres marquages importants pour l’assemblage.

Le processus manuel de sérigraphie

La méthode la plus courante pour imprimer ces informations sur la surface d’un PCB consiste à déposer une encre non conductrice blanche à travers un pochoir (stencil).

Le fabricant applique la sérigraphie par-dessus le masque de soudure, lorsque les circuits imprimés sont encore sous forme de panneaux, juste avant la découpe (routing) ou le rainurage (V-scoring).

Étapes du processus :
Un écran en polyester est tendu sur un cadre en aluminium ou en bois, puis pulvérisé avec une émulsion résistante aux solvants.

Une imprimante laser crée le film initial, et une imprimante UV projette l’image sur l’émulsion.

Après un lavage avec un révélateur et un passage au four, l’écran contenant l’image est prêt pour l’impression.

L’opérateur positionne l’écran sur le panneau en veillant à un alignement précis.

L’opérateur utilise une raclette (squeegee) pour étaler l’encre époxy sur la sérigraphie et le panneau.

L’encre s’infiltre à travers l’image sérigraphiée sur le panneau et peut nécessiter un durcissement au four pour sécher.

La qualité du processus manuel dépend de plusieurs facteurs :

Viscosité de l’encre,

Humidité et température ambiantes,

Âge de l’encre et du durcisseur,

Résolution des lignes à imprimer.

Processus LPI ou DLP

Pour une plus grande précision, les fabricants utilisent les procédés LPI (Liquid Photo Imaging) ou DLP (Direct Legend Printing).
Bien que DLP soit le plus précis, il est aussi le plus coûteux.

Un tableau comparatif des trois méthodes est présenté ci-dessous.

L'importance d'une sérigraphie de qualité

Bien que la sérigraphie fasse partie intégrante du processus de fabrication des cartes, elle est principalement utilisée pour l'assemblage précis des circuits imprimés. Les marquages sérigraphiés facilitent le positionnement et le montage des composants, ainsi que les tests et le dépannage ultérieurs. Les concepteurs utilisent principalement quatre types de marquages de positionnement :

• Indicateurs de référence : ils identifient le type et le numéro du composant à partir de la nomenclature
• Contour du composant/Modèle d'atterrissage — cela indique où le composant doit être réellement placé
• Indicateur de broche de démarrage — il indique l'orientation d'un composant multibroches par rapport aux pastilles de l'empreinte.
• Indicateur de polarité — il indique l’orientation d’un composant polarisé.

Pour aider pendant les tests et le dépannage, les concepteurs peuvent inclure des marquages supplémentaires tels que :

• Indicateurs de points de test — ils indiquent les points de test qui peuvent être utiles lors des tests primaires de la carte
• Symboles d'avertissement : ils indiquent des points ou des zones qui nécessitent une attention particulière lors des tests car ils peuvent contenir des tensions élevées ou d'autres paramètres dangereux.
• Numéros de pièces : ils fournissent des informations sur les pièces spéciales.

Conception de sérigraphies

Bien que la sérigraphie fasse partie intégrante du processus de conception des circuits imprimés (PCB) à l'aide d'un logiciel de CAO, une attention particulière doit être portée aux détails pour obtenir une impression lisible sur la carte. Ces détails peuvent être résumés comme suit :

• Assurez-vous que la sérigraphie est efficace et utile, en rendant le texte clairement lisible et avec des polices lisibles.
• Gerber appelle les sérigraphies supérieure et inférieure « superposition supérieure » et « superposition inférieure ».
• Tous les textes doivent avoir la même orientation, soit horizontale, soit verticale, car cela facilite leur lecture.
• Ne laissez pas le texte chevaucher d’autres textes : cela améliore la lisibilité.
• Ne laissez pas le texte chevaucher les pastilles et les vias soudables. L'encre sur les pastilles soudables peut affecter leur soudabilité. Le texte sur une via non soudée reste partiellement imprimé en raison de l'absence de surface, ce qui rend sa lecture difficile.
• Placez les repères de référence des composants, les numéros de broches, les indicateurs de polarité, les indicateurs de points de test et autres marquages similaires de manière à ce qu'ils ne soient pas masqués par les composants après l'assemblage. Ces marquages étant utiles pour les tests et le dépannage, ils doivent toujours être visibles une fois la carte entièrement assemblée.
• Sélectionnez une couleur d'encre pour obtenir un contraste maximal. Certains fabricants, comme Royal Circuit Solutions, ne facturent pas les masques de soudure ou les encres sérigraphiques de différentes couleurs.
• Ne placez pas de texte sur des pistes de signal à grande vitesse. Le placement de texte sérigraphié sur des pistes de signal à grande vitesse peut altérer la valeur diélectrique et affecter les performances de la carte.
• Évitez de placer du texte entre des pastilles de cuivre lourdes voisines dans les circuits imprimés en cuivre lourds.

Conclusion

Avec de plus en plus de circuits imprimés évoluant vers le HDI (High Density Interconnect) et le Flex, avec des vias borgnes et enterrés, et la miniaturisation des composants, la qualité et la lisibilité de la sérigraphie sont plus importantes que jamais.