Pour produire des circuits imprimés fiables, un master drawing complet doit contenir la fiche technique, le plan de perçage, le plan mécanique à l’échelle, l’empilage et la mise en panneau. Mais qu’est-ce qu’un master drawing et pourquoi en avez-vous besoin ? Cet article de blog vous dira tout ce que vous devez savoir à ce sujet et vous donnera quelques exemples de bonnes pratiques.
Contrairement aux composants, les circuits imprimés sont des produits fabriqués sur mesure dont la conception et la fabrication prennent du temps. Plus un circuit imprimé est complexe, plus la documentation relative à sa fabrication est importante. Quelle que soit la complexité du circuit imprimé, un master drawing accélérera le processus de fabrication en anticipant de nombreuses questions posées par le fabricant de PCB. En effet, ce dernier utilisera le master drawing conjointement avec les données Gerber et les fichiers de perçage du circuit imprimé, à des fins de vérification.
Master drawing d’un circuit imprimé – L’objectif
L’objectif du master drawing est simple : il sert de plan pour le circuit imprimé. Il n’existe pas de circuit imprimé standard car chacun a des exigences spécifiques en matière de fabrication et de qualité. Celles-ci doivent être spécifiées par l’utilisateur. Le master drawing est également utilisé pour la vérification car les systèmes CAO génèrent parfois des erreurs, qui passent souvent inaperçu jusqu’à l’analyse des données (DFM) de fabrication par l’usine. En outre, le master drawing est utilisé pour la qualification, ce qui permet au personnel chargé de la qualité de s’assurer que les circuits imprimés répondent à toutes les spécifications de l’IPC lors de l’inspection finale.
Fiche technique du circuit imprimé
Les fiches techniques servent d’outil aux concepteurs de circuits imprimés pour spécifier les dimensions, l’empilage, la finition, et éventuellement la fonction du produit final. En outre, elles constituent un moyen de communication entre le concepteur du circuit imprimé et le fabricant. Cette section du master drawing doit fournir des spécifications précises pour le circuit imprimé fini. Afin de maximiser l’efficacité des fiches techniques, l’ingénieur concepteur de circuits imprimés doit connaître les spécifications de l’IPC. La spécification de qualification et de performance pour les circuits imprimés rigides, IPC-6012, offre de nombreuses options à spécifier sur le circuit imprimé fini.
Spécifier la classe de qualité du circuit imprimé
Lorsqu’ils spécifient la finition de la carte, les ingénieurs peuvent également préciser la période d’utilisation de celle-ci. C’est essentiel pour s’assurer que le circuit imprimé peut supporter le stockage et le nombre de cycles thermiques nécessaires à l’assemblage. Cet exemple illustre également la manière dont les spécifications IPC sont utilisées les unes avec les autres, puisque la norme IPC-6012 fait référence à la norme Joint Industry Standard -003 (J-STD-003). Un autre moyen de contrôler la qualité et le coût consiste à spécifier une classe de qualité pour le circuit imprimé. Par exemple, la classe 3 de l’IPC-6012 peut être exigée pour un circuit imprimé nécessitant une haute fiabilité, tandis que les classes 1 et 2 auront des exigences de qualité et des points d’inspection moindres. En outre, les classes 1 et 2 exigent un coût global moins élevé. Dans l’industrie des circuits imprimés, il est courant de voir des circuits spécifiés pour répondre aux exigences de fabrication de la classe 2, mais fabriqués avec certaines exigences de la classe 3, comme la métallisation.
Une bonne façon de spécifier les matériaux de base est de consulter les spécifications de l’IPC. Les normes IPC-4101 et IPC-4202 utilisent des numéros (ex : IPC-4101/99) pour identifier et classer les différents matériaux en fonction de leur qualité.
Il est très important que les fiches techniques soient rédigées aussi simplement et clairement que possible. Des notes vagues ou susceptibles d’être mal interprétées peuvent entraîner des retards de fabrication ou des erreurs, se traduisant par des coûts inutiles et des pertes de temps.
Tableau de perçage
La table de perçage est un autre élément du master drawing utilisé pour la vérification de la conception. Elle répertorie tous les trous à percer dans le circuit imprimé y compris leurs diamètres, quantités et tolérances, ainsi que les symboles correspondant au plan de perçage. Ces symboles indiquent l´emplacement et la présence de chaque trou sur le circuit imprimé. Les concepteurs peuvent également ajouter des informations supplémentaires, par exemple pour les vias borgnes et enterrés, afin de minimiser les questions. Les systèmes de CAO génèrent parfois des erreurs que nous ne contrôlons pas ou que nous ne connaissons pas, c’est pourquoi le fait de consacrer plus de temps à ce domaine offre une garantie supplémentaire.
Plan mécanique à l’échelle
Une partie du master drawing doit être réservée au contour du circuit imprimé à l’échelle. Certes, un simple contour convient à de nombreuses conceptions mais pour réaliser le meilleur master drawing possible, il faut plus de détails. En plus du contour, des dimensions à l’échelle doivent être ajoutées et un bon plan comprendra un point d’origine pour que le fabricant puisse s’y référer.
L’usine commence toujours par vérifier le contour du circuit imprimé. Souvent, le système CAO du client est mal configuré pour générer les données Gerber, ce qui entraîne une mise à l’échelle des couches physiques différente de celle des fichiers de perçage. Lorsque les dimensions du circuit imprimé sont incluses, on peut résoudre le problème assez rapidement. Bien qu’il s’agisse d’une petite référence à ajouter, elle est utile.
Toutefois, l’ajout d’un trop grand nombre de lignes de dimensions peut encombrer le plan et le rendre illisible. Il est préférable de n’inclure que les principales dimensions et les dimensions critiques.
Schéma d’empilage
Un schéma d’empilage (ou simplement « stack-up ») est une image détaillée de la section transversale du circuit imprimé. Bien qu’il ne soit pas toujours nécessaire dans tous les dossiers, certaines conceptions requièrent des informations spécifiques.
Les concepteurs de circuits imprimés peuvent spécifier les épaisseurs de cuivre finies pour chaque couche. Ces informations sont excellentes tant qu’elles sont exactes. Cependant, nous avons déjà vu des empilages qui spécifiaient des épaisseurs de cuivre pour les couches internes qui ne correspondaient pas aux épaisseurs de fabrication standard. Cela est acceptable si l’utilisateur et le fournisseur en conviennent d’un commun accord (AABUS). Le fait d’indiquer des épaisseurs de cuivre non standard sans justification peut susciter des questions et mettre la carte en attente au niveau de l’ingénierie, car la fabrication non standard augmentera probablement le délai et le coût de la carte.
Inclure le type de matériau dans le schéma d’empilage
Les circuits imprimés comportant des vias aveugles, enterrés et éventuellement du backdrilling pouvent présenter des séquences de perçage complexes. Un plan montrant toutes les séquences de perçage informera le fabricant de circuits imprimés du nombre de cycles de pressage et de perçage avant l’inspection finale, levant ainsi les doutes.
L’empilage doit également inclure le type de matériau et l’épaisseur diélectrique finie du circuit imprimé. Ces informations permettent de contrôler les traces d’impédance et, grâce à une planification minutieuse, les ingénieurs peuvent minimiser les interférences électromagnétiques (EMI) et la diaphonie en plaçant stratégiquement les plans de référence.
Le schéma d’empilage est un excellent moyen de documenter les spécifications de l’impédance contrôlée. Un exemple de bonne pratique est d’intégrer les demandes d’impédance dans un tableau indiquant la largeur de la piste, l’isolement, la valeur d’impédance cible et les couches auxquelles chaque trace se réfère.
Certains circuits imprimés ont des exigences de gestion thermique telles que le Substrat Métallique Isolé (SMI) ou la technologie copper coin qui se présentent sous différentes formes et tailles. Dans le cas d’un circuit imprimé SMI, le schéma d’empilage permet de préciser l’épaisseur du diélectrique thermique et du substrat métallique.
Qu’est-ce que l’impédance contrôlée ?
Les schémas d’empilage de NCAB détaillent la disposition des couches, l’épaisseur du cuivre et les séquences de perçage, garantissant ainsi que les circuits imprimés répondent aux exigences en matière d’impédance contrôlée. Pour en savoir plus sur l’impédance contrôlée, téléchargez nos règles pour concevoir le stack-up d’un circuit imprimé avec impédance
Règles de conception pour stack-up et impédances
Pour vous aider à concevoir votre circuit imprimé, nous avons compilé quelques exemples d’empilages standards ainsi que les règles de conception primordiales pour maîtriser au mieux le contrôle d’impédance.
Mise en panneau
La mise en panneau est un plan à l’échelle illustrant le nombre de circuits imprimés dans chaque panneau. Il doit indiquer les dimensions et l’espacement précis entre chaque circuit imprimé. Les bords techniques d’un panneau doivent comporter au moins trois repères utilisés par les machines de l’usine pour maintenir la précision tout au long de l’assemblage. Si des voleurs de courant sont nécessaires pour assurer une métallisation plus uniforme sur l’ensemble du panneau, les bords techniques sont le bon endroit pour les ajouter sans affecter le circuit imprimé.
La mise en panneau contribue au contrôle des coûts et de la qualité. En effet, elle garantit l’uniformité de l’ensemble du lot et est plus rentable que le traitement à l’unité. L’optimisation du panneau pour minimiser les déchets peut faire baisser les coûts, mais il faut être prudent : un trop grand nombre de circuits imprimés sur un seul panneau ou l’élimination d’une trop grande quantité de déchets peut fragiliser la structure voire la rendre fragile pendant l’assemblage. L’optimisation du panneau en vue d’un assemblage efficace peut réduire les coûts et les déchets. Si vous n’avez pas cette compétence, ne vous inquiétez pas, nous sommes là pour vous aider.
Qu’est-ce qui détermine le coût d’un circuit imprimé ?
En ce qui concerne la rentabilité et la réduction des coûts, NCAB met l’accent sur la conception de circuits imprimés durables sans compromettre la qualité. Par exemple, en concevant des cartes moins complexes, nous pouvons réduire le temps de production, la main-d’œuvre et les coûts des matières premières.
Nous avons développé un outil afin de vous aider à anticiper et à déterminer les PCB cost drivers.
Tôt ou tard, le circuit imprimé peut nécessiter des évolutions. Un plan de fabrication mis à jour réduira le temps d’ingénierie en amont. De nombreux ingénieurs et acheteurs se plaignent du temps que prend un circuit imprimé dans la phase d’ingénierie préliminaire. Cela permet au client de mieux contrôler cette période. Outre la mise à jour du plan de fabrication, il convient d’être prudent lorsque des informations redondantes sont spécifiées sur plusieurs documents. Une redondance accrue augmente le risque d’oublier quelque chose lors de la révision, ce qui entraîne des questions supplémentaires et des délais d’exécution plus longs.
C’est une sensation agréable lorsque le master drawing du circuit imprimé est terminé. Les plans doivent être clairs et concis tout en contenant toutes les informations pertinentes. Si des détails détournent le sens de la fiche technique ou du plan, il peut être préférable de le réviser. Les circuits imprimés sont des conceptions personnalisées. Le fabricant posera donc des questions techniques mais l’objectif du master drawing est de minimiser ces questions. L’optimisation de cette partie de la conception prend du temps, mais cela en vaut la peine pour améliorer la qualité, les coûts et les délais de livraison de vos circuits imprimés.