Présentation de la conception et de la gravure de circuits imprimés : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Il existe plusieurs façons de concevoir et de graver des PCB, des plus simples aux plus sophistiquées. Pendant ce temps, il est facile de ne pas savoir lequel choisir, lequel correspond le mieux à vos besoins.

Afin de clarifier certaines questions comme celle-ci, j'ai décidé d'écrire cette instructable, je ne suis pas un expert, mais j'ai quelques connaissances sur la conception et la gravure de PCB.

Ainsi, un aperçu général de certaines méthodes, matériaux, logiciels et outils qui pourraient être utilisés pour produire des PCB sera pris et, heureusement, il pourra vous aider à vous lancer dans la conception de PCB.

Étape 1: Logiciel de conception de circuits imprimés

Selon la complexité de votre circuit, il n'est pas approprié de concevoir le PCB à la main, donc le support d'un logiciel spécifique qui offre les bons outils pour faire le travail est le bienvenu. Il existe plusieurs options de logiciels de conception de circuits imprimés, comme Proteus Ares, Eagle, Altium et plusieurs options en ligne (je ne décris que les plus courantes et les plus accessibles, mais il existe bien sûr plusieurs autres options).

- Proteus Ares - c'est peut-être le premier programme auquel les gens penseraient pour dessiner des circuits, non pas parce que c'est le meilleur, mais parce que c'est peut-être le plus connu. Personnellement, je n'aime même pas ne pas l'utiliser (même si je l'ai déjà utilisé pendant un certain temps), mais c'est une option à considérer lors de la conception de circuits imprimés. Le grand avantage d'utiliser Proteus est que vous pouvez également simuler le circuit, en utilisant Proteus Isis, de cette façon vous pouvez "sûrement" vérifier si le circuit fonctionne ou non. D'un autre côté, certaines fonctionnalités et certains outils sont tout simplement trop déroutants pour être compris et il n'est pas non plus possible de trouver tous les composants dont vous avez besoin (les bibliothèques de composants sont limitées), mais vous pouvez créer de nouveaux composants si nécessaire. Autre pas terrible, ce n'est pas un logiciel open source, et c'est vraiment cher selon la quantité d'outils inclus dans le paquet, au moins il existe une version d'essai (avec plusieurs limitations bien sûr).

- Eagle - c'est aussi un logiciel populaire en matière de conception de circuits imprimés, mauvaise nouvelle, il ne permet pas la simulation de circuits, même lors de la première utilisation de ce logiciel, vous pourriez être un peu mal à l'aise avec son interface, qui est un peu différente, bien qu'à part Parmi ces inconvénients, il existe de nombreuses fonctionnalités intéressantes, telles que la possibilité d'éditer le schéma des composants (lié au symbole du composant) et le package (qui comprend les pastilles, le format et les dimensions) de manière simple, ce qui peut accessible simplement en cliquant avec le bouton droit sur le composant et en accédant aux options « ouvrir le périphérique » ou « ouvrir le paquet », respectivement. En outre, il existe une grande communauté de support, qui fournit plusieurs réponses aux problèmes courants rencontrés lors de la première utilisation du logiciel. De plus, cette communauté facilite également l'accès à plusieurs bibliothèques de composants, y compris les bibliothèques officielles et celles créées par les utilisateurs. Bonne nouvelle, ce logiciel dispose d'une version freeware (avec des limitations bien sûr, principalement liées à la taille de la carte et au nombre de couches autorisées), également après avoir été récemment acheté par Autodesk, Eagle dispose également d'une version étudiant qui inclut tous les caractéristiques du programme.

- Altium -

- Programmes en ligne - il existe de nombreux programmes en ligne destinés à la conception de circuits imprimés, d'une manière générale, ils sont une bonne option lors de la conception de circuits plus simples, principalement lorsque vous êtes pressé, ou si vous ne voulez pas (vous ne pouvez pas) passent beaucoup de temps à apprendre la dynamique d'un programme. Inutile de dire qu'ils sont vraiment limités à des fonctionnalités et des possibilités, certains sont même liés à un service de prototypage spécifique, bonne nouvelle ils sont toujours gratuits et facilement accessibles. ce qui est indispensable dans certains cas.

En résumé…

Vous devez avoir réalisé que je préfère Eagle, ce qui ne veut pas dire que les autres logiciels n'en valent pas la peine, ce n'est que mon option personnelle, mais en général, les gens considèrent Eagle comme le pire en termes de convivialité, même si Altium n'est pas t aussi facile à utiliser. Mon point principal à propos d'Eagle est qu'il offre des outils incroyables, qui sont malheureusement un peu difficiles à apprendre à utiliser, à mon avis, lorsque vous vous habituez à son interface, cela en vaut vraiment la peine.

Je n'ai pas listé tous les logiciels disponibles sur le marché, j'ai listé ceux que je connais, je vous recommande donc de faire également une recherche plus approfondie sur les logiciels de conception de PCB, au cas où vous seriez vraiment intéressé par ce sujet.

Étape 2: Prototypage de PCB - Méthodes

Après avoir conçu le PCB, il est temps de faire du prototypage, il existe plusieurs façons de prototyper votre PCB, vous pouvez le faire vous-même (qui est le plus difficile, aussi celui qui demande plus de pratique), vous pouvez payer pour un service de prototypage, il peut être local (s'il est disponible dans votre ville natale) ou en ligne (qui est le plus susceptible d'être disponible pour vous), etc.

Si vous décidez de payer pour le service de prototypage, après avoir conçu la carte, il sera nécessaire de générer des fichiers au format GERBER, le format GERBER est une sorte de fichier qui conserve la description complète du PCB sans avoir besoin d'aucun fichiers externes, en général, le logiciel de conception de PCB vous propose des outils pour vous aider à générer le fichier GERBER du PCB, donc ce n'est pas grand chose, il y a aussi des tonnes de tutoriels sur la façon de générer un fichier GERBER, donc à chaque fois vous avez un doute, il suffit de le rechercher sur Google, tant que chaque logiciel utilise une méthode spécifique pour générer un fichier GERBER.

**********Avant de demander le service de prototypage, il est important de s'assurer que tout est parfait dans la conception de votre circuit, alors revérifiez, revérifiez le PCB….., sinon vous pourriez le regretter plus tard

Si vous décidez de prototyper le PCB par vous-même, vous pouvez utiliser plusieurs méthodes, l'accent sera mis sur trois méthodes, peut-être les plus courantes, à savoir la méthode de transfert de toner, la méthode de photolithographie et la méthode "artistique".

- Méthode "artistique" - si votre PCB est simple, ou peut-être vous si vous êtes doué en dessin, vous pouvez simplement dessiner les vias et les pistes manuellement, en utilisant un marqueur permanent, en respectant bien sûr les dimensions des composants, j'ai déjà fait plusieurs PCB de cette façon, certains d'entre eux se sont avérés bons, mais je n'utilise plus cette technique, tant que les PCB ont commencé à devenir plus complexes, donc je dirais que c'est une méthode d'entrée, et compte tenu de la disponibilité de plusieurs autres méthodes, je ne pense pas que cela vaut la peine d'utiliser cette méthode chaque fois que les PCB commencent à devenir plus complexes.

- Méthode de transfert de toner - Je pense que c'est la méthode la plus courante parmi les fabricants, elle est assez simple et ne nécessite pas non plus beaucoup d'outils, ce qui expliquerait sa popularité. Il existe différentes manières de transférer le toner sur la carte vierge, en général les fabricants utilisent le transfert thermique, dans lequel la mise en page est imprimée, en utilisant une imprimante laser bien sûr, dans certains types de papier spécifiques (comme le papier glacé, le film transparent, etc.) qui permet le transfert "complet" du toner sur la planche vierge, puis le toner est transféré sur la planche vierge normalement en chauffant le toner contre la planche en cuivre à l'aide d'un fer à repasser. Il existe également d'autres moyens de transférer le toner au tonnelier, tels que des moyens chimiques, et certains fabricants impriment également directement le toner dans le cuivre, en adaptant l'imprimante pour prendre en charge cette fonctionnalité.

- Méthode de photolithographie - à mon avis, c'est la méthode la plus difficile, et aussi la plus chère, mais si vous l'exécutez correctement, les résultats seront tout simplement impressionnants (en fait, c'est la méthode la plus utilisée dans les circuits imprimés professionnels). Dans cette méthode, la peinture photosensible est appliquée uniformément sur la carte vierge, après quoi la peinture est exposée à la lumière UV, à l'exception des tampons, des vias et des pistes qui sont recouverts d'un photomasque (qui correspondent à la disposition du circuit), enfin la peinture est développée, ne restant que dans les zones qui n'ont pas été exposées au rayonnement UV, que sont les tampons, les vias et les pistes.

Après avoir transféré les vias, les tampons et les pistes sur le panneau de cuivre, quelle que soit la méthode que vous avez utilisée, il est temps de procéder à la gravure. Il existe également plusieurs méthodes de gravure, mais elles consistent essentiellement à éroder le cuivre exposé du panneau en utilisant une solution chimique. La solution la plus couramment utilisée est le chlorure ferrique, mais il existe également d'autres options, qui présentent également des avantages et des inconvénients, telles que le chlorure cuivrique, le peroxyde d'hydrogène - acide sulfurique, etc. assurez-vous de prendre les protocoles de sécurité nécessaires pour les utiliser, à condition que, dans certains cas, vous puissiez avoir affaire à des acides puissants.

**********Encore une fois, il existe d'autres moyens de prototypage de circuits imprimés, donc si vous êtes intéressé par une méthode, il est vraiment recommandé de faire une recherche plus approfondie à ce sujet, il existe un tas de tutoriels et même dans instructables, alors n'hésitez pas à aller pour eux.

Étape 3: Prototypage de PCB - Matériaux/Couches

Après avoir appris à connaître certaines procédures sur la façon de prototyper des PCB, certaines questions peuvent survenir, telles que, combien de couches dois-je utiliser ? Quand vaut-il la peine d'utiliser un PCB à 2 couches ?

Je pense qu'il n'y a pas de réponse définitive à ces questions, mais lors du prototypage de PCB en utilisant des méthodes de bricolage, je pense qu'il est toujours préférable de fonctionner à partir de PCB à 2 couches, tant qu'ils sont plus difficiles à faire et demandent beaucoup d'efforts supplémentaires, même si il y a des situations dans lesquelles il n'y a pas d'options, peut-être à cause de la complexité du circuit ou peut-être parce que le circuit contient des composants qui doivent obligatoirement être dans la couche inférieure et aussi des composants qui doivent obligatoirement être dans la couche supérieure, donc il n'y a pas solution, mais dans la mesure du possible, j'estime qu'il est toujours préférable d'opter pour des circuits imprimés à 1 couche.

D'un autre côté, lorsque je paie une entreprise pour prototyper votre PCB, je demanderais toujours un PCB à 2 couches, tant que le coût moyen des PCB à 1 couche et des PCB à 2 couches est vraiment similaire sinon égal, aussi les PCB à 2 couches facilitent beaucoup le processus de routage du circuit.

Les PCB avec plus de 2 couches sont également possibles, mais ils sont assez différents pour les fabricants d'en avoir besoin, tant que seuls des circuits très complexes sont dotés de ces types de PCB, ils sont également très coûteux à produire, ce qui les classe comme peu option abordable.

De plus, lors du prototypage, vous pouvez choisir le type de panneau vierge à utiliser, il existe de nombreuses options, mais les plus courantes sont les panneaux en fibre de verre et les panneaux en fibres phénoliques. Le panneau en fibre phénolique est un peu moins cher que celui en fibre de verre, mais pas tant que ça, en général, le panneau en fibre de verre a de meilleures caractéristiques mécaniques et a également une meilleure apparence une fois fini. Mais en général, ces caractéristiques ne sont pas très importantes lors du prototypage de certains types de circuits, mais il est en fait bon de connaître les options disponibles.

Étape 4: Prototypage de PCB - Outils

Il existe plusieurs outils qui peuvent vous aider lors du prototypage de votre PCB, mais les plus basiques sont les suivants:

- Fer à souder

- Pinces électroniques

- Soudure électronique à l'étain

- Perceuse à main PCB

- un marqueur permanent (au cas où vous comptez sur la méthode artistique pour prototyper votre, ou peut-être pour corriger d'éventuels défauts dans les transferts de toner)

Ce sont les outils minimum que vous êtes censé avoir pour prototyper un PCB, mais il existe des tonnes d'outils avancés qui pourraient également vous aider à prototyper, tels que des perceuses électriques, des stations de soudure, etc.

Étape 5: Résumer…

De nos jours, l'accès aux services de prototypage payants a beaucoup augmenté, ils sont devenus plus abordables et plus faciles à utiliser, donc chaque fois que vous avez besoin d'un prototype d'aspect professionnel, allez-y, tant que beaucoup plus de ressources seront disponibles lors de la conception de votre PCB, ce qui signifie moins de limitations, d'un autre côté, si vous recherchez un prototype à avance rapide, vous pouvez simplement le faire vous-même de manière beaucoup plus rapide, mais avec plus de limitations et peut-être un résultat qui n'est pas aussi bon que celui payé, mais qui s'adaptera à vos besoins.

Compte tenu du scénario actuel, c'est aussi un choix personnel, étant donné que les services de prototypage payants sont devenus très accessibles.