Processus de conception d’un PCB en montage en surface

La technologie CMS (Composants Montés en Surface) est une technique plane utilisée pour fixer directement les composants à la surface d’un circuit imprimé (PCB). Contrairement à la technologie traditionnelle à trous traversants, qui nécessite d’insérer les pattes des composants dans des trous du PCB, le CMS monte les composants directement sur la surface de la carte. Le CMS offre des avantages tels que des composants plus petits, une efficacité de fabrication accrue et une meilleure compatibilité avec les processus d’assemblage automatisés.

Il permet également de placer davantage de composants sur une surface de substrat donnée. Les deux technologies peuvent être utilisées sur la même carte, la technologie à trous traversants étant souvent employée pour les composants non adaptés au montage en surface, comme les gros transformateurs et les semiconducteurs de puissance dissipant beaucoup de chaleur.

En quoi la technologie CMS diffère-t-elle de la technologie à trous traversants ?

La technologie CMS et la technologie à trous traversants (TH) sont deux méthodes de fixation des composants sur un PCB. Le CMS monte les composants directement sur la surface de la carte, permettant des designs compacts et à haute densité, généralement en utilisant un assemblage automatisé et un soudage en refusion. Le TH consiste à insérer les pattes des composants dans des trous du PCB et à les souder sur la face opposée, offrant des liaisons mécaniques plus robustes, ce qui le rend idéal pour les composants soumis à des contraintes. Le CMS est privilégié dans l’électronique moderne à haut volume pour son efficacité et sa miniaturisation, tandis que le TH est utilisé dans des applications nécessitant robustesse et réparabilité, comme l’aérospatial et le prototypage.

Les CMS ne peuvent pas être utilisés directement avec les plaques de prototypage sans soudure (un outil de prototypage rapide plug-and-play), nécessitant soit un PCB personnalisé pour chaque prototype, soit le montage du CMS sur un support à broches. Pour prototyper autour d’un composant CMS spécifique, une carte d’adaptation (breakout board) moins coûteuse peut être utilisée.

Processus de conception d’un PCB en CMS

1. Conception du schéma

La première étape de la conception d’un PCB CMS consiste à créer un schéma électrique. Ce schéma sert de plan de votre circuit et définit la manière dont chaque composant est connecté. Récemment, j’ai présenté un projet avec le logiciel EasyEDA ; voici quelques détails importants. Pour en savoir plus sur la capture de schéma électrique, consultez notre guide complet.

• Sélectionnez des composants CMS appropriés dans les bibliothèques disponibles.
• Assurez-vous que toutes les connexions entre composants (appelées « nets ») sont correctement cartographiées.
• Étiquetez les signaux clés et la distribution d’alimentation pour faciliter la référence.

Le schéma est essentiel car il constitue la base de l’ensemble de la conception et garantit que tous les composants interagiront comme prévu.

2. Sélection des composants et des bibliothèques

Les composants CMS sont généralement plus petits que les composants à trous traversants, ce qui les rend adaptés aux designs compacts. Lors de la sélection des composants pour votre PCB CMS :

• Choisissez des composants avec les tailles de boîtier appropriées pour le CMS.
• Assurez-vous que les composants sont facilement disponibles et adaptés au processus d’assemblage.

La plupart des logiciels de conception de PCB fournissent des bibliothèques intégrées de composants CMS standard, ce qui fait gagner du temps dans le processus de conception.

3. Placement des composants et routage du PCB

Une fois le schéma terminé, l’étape suivante consiste à le transférer vers le placement du PCB. Cette phase implique l’agencement des composants et la création des connexions électriques (traces). Points clés à prendre en compte pour le placement d’un PCB CMS :

• Optimiser le placement des composants : Groupez les composants par fonction et placez en priorité les composants critiques, tels que les microcontrôleurs et les alimentations.
• Gestion thermique : La dissipation de la chaleur est cruciale, en particulier pour les composants à forte consommation.
• Éviter le diaphonie et le CEM : Les signaux haute fréquence sont sensibles aux interférences électromagnétiques (CEM). Gardez les lignes de signaux sensibles courtes et séparez les signaux analogiques et numériques.

4. Routage du PCB

Le routage désigne le processus de tracé des chemins électriques (traces) reliant les composants sur le PCB. La largeur et l’espacement des traces, les plans d’alimentation et de masse ainsi que le placement des vias sont les principaux points à garder à l’esprit lors du routage d’un PCB.

5. Vérification des règles de conception (DRC) et des règles électriques (ERC)

Avant de finaliser la conception, lancez les vérifications des règles de conception (DRC) et des règles électriques (ERC) afin de vous assurer que le PCB respecte les directives électriques et de fabrication. Le DRC garantit un espacement, une largeur de trace et un placement des composants corrects, tandis que l’ERC détecte les nets non connectés ou d’autres problèmes potentiels.

6. Génération des fichiers Gerber

Une fois la conception terminée et vérifiée, l’étape suivante consiste à générer les fichiers Gerber. Ces fichiers contiennent les informations détaillées nécessaires aux fabricants de PCB pour produire la carte. Les fichiers Gerber incluent les données pour chaque couche du PCB, telles que les traces de cuivre, les masques de soudure, les sérigraphies et les instructions de perçage.

Obtenez votre service d’assemblage PCB en seulement 3 étapes :

Téléversement : Téléversez vos fichiers Gerber, BOM et CPL pour obtenir un devis instantané pour votre PCB.

Sélection : Sélectionnez les pièces et composants à placer pour l’assemblage. Les prix d’assemblage commencent à 8,00 $ de frais de configuration et à 0,0017 $ par joint.

Réception : Un processus rationalisé depuis la commande, l’approvisionnement des pièces et le prototypage du PCB vous permettant d’itérer, d’améliorer et de livrer à temps.

Conclusion :

Concevoir un PCB CMS est un processus à multiples facettes qui nécessite une planification rigoureuse, un placement précis des composants et une attention particulière aux détails de fabrication. De la création du schéma à la génération des fichiers Gerber et au prototypage, chaque étape joue un rôle crucial dans le succès de votre conception. Voyez comment et pourquoi le CMS offre un meilleur rapport prix-performance.

En suivant ces étapes et en gardant à l’esprit les meilleures pratiques, vous pouvez créer des PCB CMS fiables et performants pour un large éventail d’applications électroniques. Que vous conceviez pour l’électronique grand public, les systèmes automobiles ou les machines industrielles, maîtriser la conception de PCB CMS vous mènera à des produits plus efficaces et innovants.