Comment concevoir des PCB rentables
Un ingénieur concepteur doit prendre en compte tous les facteurs qui affectent le coût total de la fabrication de PCB. Souvent, les nouveaux ingénieurs en conception de circuits imprimés ne prennent pas en compte le coût de fabrication de ces derniers. Les facteurs qui ont une incidence sur le coût par PCB et que de nombreux jeunes ingénieurs en conception ne prévoient pas sont notamment le coût de l'outillage, la taille d'un PCB et l'espacement des composants de la carte.
Pour que vos coûts de production soient aussi bas que possible, y compris ceux de l'outillage, voici quelques directives à suivre:
1. Directive concernant les dimensions du PCB
Sélectionnez la plus petite taille de circuit imprimé qui soit pratique.
Bien que cela semble être une directive évidente, tous les concepteurs de PCB ne l’y réfléchissent pas. N'oubliez pas que plus le tableau est grand, plus le coût est élevé. La taille d'un tableau est directement liée au prix final qu'un client paiera pour cela.
2. Guide de sélection de la forme d’un circuit imprimé
Les formes de circuit imprimé rectangulaires et carrées standard coûtent toujours moins cher que les formes non standard. De plus, n'incorporez pas de fentes ou de découpes sauf si elles sont absolument nécessaires.
Certaines entreprises de fabrication de circuits imprimés demandent souvent des formes supplémentaires aux formes non standard. La figure 1 est un exemple de conception personnalisée utilisant un circuit imprimé de forme non standard pour le montage dans un boîtier spécialisé. Il y aura toujours des moments où une forme de PCB non standard sera nécessaire; Toutefois, s'il n'y a pas de raison majeure pour laquelle le circuit imprimé doit être non standard, sélectionnez toujours une forme de circuit imprimé standard afin de limiter au maximum vos coûts totaux.
Figure 1: Carte de circuit imprimé (PCB) non standard
La figure 2 montre une carte de circuit imprimé avec une fente rectangulaire. Les entreprises de fabrication de circuits imprimés vous facturent des frais supplémentaires. La figure 2 est un circuit imprimé à fente rectangulaire. La plupart des entreprises de fabrication de cartes de circuit imprimé incluent des frais supplémentaires pour les fentes de découpe. Afin de limiter le coût total de fabrication d'un circuit imprimé, n'utilisez des emplacements que lorsque cela est essentiel pour la conception.
Figure 2: Une carte de circuit imprimé standard avec une fente ou une découpe réalisée dans le circuit imprimé. 3. Lignes directrices pour la taille et la séparation des pièces de circuits imprimés en cuivre
Le prix d'un PCB augmente lorsque la taille et la séparation des pièces en cuivre se contractent.
Cette directive est l'inverse de la première, c'est-à-dire que les pièces en cuivre de grandes dimensions sont moins chères. Ce principe est évident car les pièces d’impression de très petites dimensions nécessitent des machines de haute précision, capables de supporter de très faibles tolérances. En d’autres termes, des coûts sont ajoutés à un circuit imprimé qui nécessite un équipement de haute précision pour le produire. Ce coût supplémentaire augmente lorsque vous produisez un prototype de carte de circuit imprimé dont la production est généralement très faible.
Les pièces en cuivre concernées comprennent les PADS CMS ou à trous traversants, les pistes, les traversées ou autres pièces imprimées sur couche de cuivre. La figure 3 illustre ce problème pour les pads et les pistes. dP représente la séparation entre les pads tandis que dT représente la séparation entre les pistes. wT représente la largeur de la piste. La plupart des entreprises de fabrication de circuits imprimés font référence à une carte standard sans frais supplémentaires lorsque la taille minimale de dP, dT et wT varie entre 0,2 et 0,25 mm (8 à 10 mils). Pour obtenir le maximum d'économies de coûts de production, il est sage de limiter votre conception à ces gammes. N'oubliez pas que vous pouvez saisir les exigences physiques de ces éléments dans la plupart des logiciels d'automatisation de la conception électronique. Une fois que vous avez entré ces valeurs dans le logiciel, les vérifications des règles de conception du logiciel évitent les erreurs hors de portée.
Figure 3: Illustration des exigences de séparation des patins et des pistes 4. Directives pour le type de trous PCB
Le coût de production d'un circuit imprimé augmente avec les petits trous et les anneaux.
Lorsque cela est possible, utilisez des trous de diamètre plus grand. Pour fabriquer de petits trous, des machines de haute précision sont nécessaires; ces machines coûtent toujours plus cher à utiliser, de sorte que les fabricants de circuits imprimés ajoutent souvent un supplément pour les trous inférieurs à 0,4 mm. Pour déterminer le coût supplémentaire, vous devez contacter le fabricant spécifique pour connaître ses règles relatives aux frais supplémentaires liés à la taille des trous des cartes de circuit imprimé standard. Pour mieux expliquer ce problème, sur la figure 4, nous avons étiqueté le diamètre du trou avec dH.
L'anneau angulaire minimal est une exigence vitale qui concerne uniquement les tampons de trous traversants et les vias. Il est défini comme la limite de la distance minimale entre le trou et le tampon. C'est-à-dire que ce sont les anneaux de cuivre de la plus petite largeur qui limitent le trou. Les figures quatre et cinq illustrent ce concept en détail. La figure quatre illustre le concept de la plus petite bague annulaire pour plaquettes de trou ou vias circulaires. La figure cinq illustre le même concept pour les coussinets de forme oblongue.
Figure 4: Illustration de l'idée d'anneau annulaire pour les plaquettes traversantes ou les vias
Il est essentiel de savoir qu'un coussinet de trou traversant circulaire ou une largeur de bague annulaire est homogène autour du trou, tandis que la largeur d'un trou traversant de forme oblongue est non homogène. La figure cinq comporte un marqueur rouge pour indiquer le plus petit anneau annulaire.
Figure 5: Illustration d'un anneau annuel minimum pour un tampon oblong
Il est important de savoir que le coût du circuit imprimé sera plus élevé si l'anneau minimal est inférieur aux exigences standard de votre société de fabrication. Par conséquent, vous devez vous assurer que cette directive est entrée dans le logiciel d’automatisation de la conception électronique que vous utilisez avant de commencer la conception de votre carte de circuit imprimé. Certains fabricants de circuits imprimés ajouteront un supplément si vos anneaux annuels minimaux sont inférieurs à 0,3 mm. Encore une fois, assurez-vous de contacter le fabricant de circuits imprimés pour connaître leurs règles en ce qui concerne cette variable, valeur minimale afin de s’assurer qu’elle est standard et ne sera pas soumise à des frais supplémentaires.
Figure 6: Illustration du diamètre du trou d'un coussinet oblong et de la bague annulaire minimale
Reportez-vous à la figure 6 pour comprendre l'équation suivante de la relation entre la taille du tampon, la taille du trou et l'anneau angulaire minimal:
PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH
L'équation ci-dessus calcule la taille minimale du tampon pour un diamètre annulaire et un diamètre de trou minimum donnés. Par exemple, si vous supposez que dH = 0.4mm et min (Ar) = 0.3mm, PadMinSize = 1mm. Par conséquent, un tampon de trou traversant inférieur à 1 mm entraînera un coût supplémentaire.
Lorsque vous utilisez l'équation ci-dessus, tenez compte du fait que les tolérances des machines de fabrication de circuits imprimés sont supérieures à zéro, ajoutez donc une marge pour être dans la taille de sécurité. Pour prendre en compte la marge dans l'équation ci-dessus, l'équation de la taille minimale du pad est modifiée de la manière suivante:
PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH + marge
De manière générale, la marge est normalement comprise entre 0,05 et 0,1 mm.
Concernant les vias:
Dans un article précédent sur les concepts de PCB, il a été expliqué que les vias se présentent sous trois formes: traversante, aveugle et enterrée. Les PCBS à haute densité et à haute fréquence qui sont complexes utilisent des vias aveugles et enterrés. (Nous en discuterons plus en détail dans un autre article). Les vias aveugles et enterrés sont plus coûteux que les vias à trous standard, aussi ne les utilisez pas, sauf en cas de nécessité.
Contactez toujours votre société de fabrication de circuits imprimés pour vérifier les exigences minimales pour une carte de circuit imprimé standard. Les valeurs sélectionnées pour cet article illustrent les concepts de conception de circuits imprimés rentables uniquement.
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