comment passer de la planche à pain au circuit imprimé

La première étape consiste à mettre vos idées sur une planche à pain. Vous disposez d'un prototype fonctionnel. Vous devez maintenant le rendre permanent. Avec l'aide de ce tutoriel, vous pouvez faire passer votre projet d'une planche à pain à un prototype fiable et expert. carte de circuit imprimé. Cette procédure est une étape importante. Elle transforme un concept en un produit fini.

La procédure complète est décrite dans cet article. Il couvre le processus de création d'un circuit imprimé final, ou PCBà partir d'un prototype sur une planche à pain. Quel que soit votre niveau d'expérience, vous en tirerez profit. Nous discuterons de chaque étape de la procédure. Cela couvre le soudage, la fabrication et la conception. Tout ce dont vous avez besoin pour mettre en œuvre ce changement avec succès vous sera enseigné.

Raisons de passer d'une planchette à pain à un circuit imprimé

Une planche à pain peut être utilisée pour tester vos concepts. Elle permet de construire et de modifier rapidement des circuits. Il n'y a rien à souder. Une planche à pain pour un projet achevé présente cependant de nombreux problèmes.

Les connexions sont transitoires. Les fils de connexion et les fils des composants sont facilement insérés dans les pinces à ressort. Il est facile de les desserrer. Il suffit d'un petit choc pour qu'une connexion se rompe et que votre circuit s'arrête. Trouver la connexion problématique peut s'avérer très difficile. Les planches à pain ne sont donc pas fiables pour un produit fini.

En outre, les planches à pain dégradent la qualité du signal. Les longs fils de connexion désordonnés servent d'antennes. Ils sont capables de détecter les bruits électriques dans l'atmosphère. Le fonctionnement de votre circuit peut être entravé par ce bruit. Les circuits comportant des composants analogiques sensibles ou des signaux à haute fréquence sont particulièrement affectés. Votre circuit peut se comporter de manière étrange en raison du bruit.

En outre, un prototype sur une planche à pain est volumineux et désordonné. Une grande partie de l'espace est occupée par les fils et les composants. Il n'a pas l'air poli. Une grande planche à pain est trop volumineuse pour être placée dans un boîtier de produit. Une solution plus compacte et plus durable est donc nécessaire.

En outre, il est difficile de reproduire un circuit sur une planche à pain. Chaque connexion est réalisée à la main. Si vous essayez de le reconstruire, il est facile de faire une erreur. C'est pourquoi les cartes à pain ne sont pas idéales pour produire de grandes quantités de votre projet. Pour vous assurer que chaque unité est identique, vous avez besoin d'une méthode.

Tous ces problèmes sont résolus par un circuit imprimé. Il y a de nombreux avantages à en disposer.

Sur un circuit imprimé, les connexions sont extrêmement fiables. Il ne s'agit pas de câbles de raccordement lâches. Ce sont des traces - des chemins de cuivre. Ces traces sont gravées sur la carte. La soudure est utilisée pour attacher les composants à ces traces. Par conséquent, les relations sont solides et durables. Ni les vibrations ni les mouvements ne peuvent les détacher.

Un circuit imprimé bien conçu offre de bonnes performances électriques. Les traces peuvent être conçues de manière à être extrêmement brèves. Vous pouvez contrôler leur trajectoire. Les interférences et le bruit sont ainsi réduits. Il est possible de créer un plan de masse, c'est-à-dire une section importante de cuivre reliée à la terre. En outre, il améliore la stabilité du circuit et réduit le bruit.

Un circuit imprimé est extrêmement petit. Les pièces peuvent être disposées à proximité les unes des autres. Le circuit imprimé peut être conçu pour s'adapter à un boîtier ou à une boîte particulière, de sorte que votre produit fini peut avoir un aspect professionnel et être de petite taille. Cet aspect est crucial, que vous souhaitiez vendre votre produit ou simplement lui donner une belle apparence.

En outre, les circuits imprimés sont très simples à reproduire. Vous commencez par créer un fichier de conception. Vous pouvez ensuite transmettre ce fichier à un fabricant. Celui-ci peut produire autant de cartes identiques que vous le souhaitez. Toutes les cartes seront identiques. C'est essentiel si vous souhaitez produire plusieurs unités de votre produit. Pour passer d'un test à un produit fini, vous devez transférer votre conception sur une carte personnalisée.

Étapes à suivre avant de commencer votre conception

Vous êtes peut-être impatient de commencer à concevoir votre tableau. Cependant, vous devez d'abord vous préparer. Une bonne préparation dès maintenant vous fera gagner beaucoup de temps par la suite. Elle vous permettra également d'éviter des erreurs coûteuses.

Vous devez d'abord terminer le schéma de votre circuit. Vérifiez que le circuit sur votre planche à pain est bien la version finie. Vérifiez la valeur de chaque composant. Examinez chaque connexion. Une erreur mineure, telle qu'une résistance manquante, peut rendre votre circuit inutilisable. Vous devez donc faire preuve d'une extrême prudence.

Vous devez utiliser un logiciel spécialisé pour créer un schéma formel. L'automatisation de la conception électronique, ou EDA, est le nom de ces programmes. KiCad, Eagle et EasyEDA sont quelques programmes EDA bien connus. Il ne suffit pas de créer une image pour dessiner un schéma. Il facilite une réflexion claire sur le fonctionnement de votre circuit. Il sert de plan de votre carte.

L'étape suivante consiste à localiser les données numériques de chacune de vos pièces. Sur le circuit imprimé, chaque composant doit avoir une empreinte physique. Le motif de la pastille de cuivre où le composant sera soudé s'appelle l'empreinte. Chaque composant de votre schéma doit avoir sa propre empreinte. La fiche technique du composant est la meilleure source d'information.

Le fabricant est la source de la fiche technique. Vous pouvez y apprendre tout ce qu'il y a à savoir sur la pièce. Elle contient les mesures d'encombrement suggérées pour le circuit imprimé, les définitions des broches et les caractéristiques électriques. Vous devez la lire. Des bibliothèques contenant de nombreux composants courants et leurs empreintes sont incluses dans la plupart des logiciels EDA. Vous pouvez fréquemment télécharger votre pièce à partir de sites web tels que Ultra Librarian ou SnapEDA si elle ne se trouve pas dans la bibliothèque. Vous pouvez également utiliser la fiche technique pour apprendre à dessiner l'empreinte vous-même.

Ensuite, vous devez déterminer les dimensions réelles de votre panneau. Tenez compte de l'utilisation prévue de la carte. Sera-t-elle placée dans un boîtier ? Sera-t-elle un gadget indépendant ? Vous devez déterminer les dimensions et la forme de la carte. Pensez aux limites du boîtier. Prévoyez des trous de montage dans votre conception. Grâce aux trous de montage, la carte peut être solidement fixée à une surface ou à l'intérieur d'un boîtier à l'aide de vis. L'emplacement de tous les connecteurs et composants de l'interface utilisateur doit également être planifié. Il s'agit des boutons, des écrans, des ports USB et de la prise d'alimentation. Dans le produit fini, ces composants doivent être facilement accessibles. Vous devez donc réfléchir soigneusement à l'endroit où les placer.

Tutoriel de conception de circuits imprimés : Comment réaliser votre premier circuit imprimé

Une fois que vous avez tout préparé, vous pouvez commencer le processus de conception. Ce processus comporte plusieurs étapes principales. Nous allons passer en revue chacune d'entre elles.

Première étape : saisie du schéma

C'est là que vous commencez. Vous créez le schéma logique de votre circuit dans le logiciel EDA.

Tout d'abord, vous placez les symboles des composants. Vous trouvez les symboles de vos pièces dans la bibliothèque du logiciel. Vous les placez ensuite sur votre feuille de schéma. Un symbole est un dessin simple qui représente un composant, comme un résistance ou une puce.

Ensuite, vous connectez les composants. Vous utilisez un outil du logiciel pour dessiner des fils entre les broches des symboles. Ces fils montrent comment les composants sont connectés électriquement. Cela devrait correspondre au circuit que vous avez construit sur votre planche à pain.

Vous devez utiliser des étiquettes de réseau pour les connexions complexes. Par exemple, si vous connectez toutes les broches de masse avec des fils, le schéma risque d'être très désordonné. Une étiquette de réseau est un nom que vous donnez à un fil. Tous les fils portant le même nom sont considérés comme connectés. Cela rend le schéma beaucoup plus propre et plus facile à lire. Vous devez donc utiliser des étiquettes pour l'alimentation, la masse et les autres signaux importants.

Enfin, vous devez effectuer un contrôle des règles électriques, ou ERC. L'ERC est un outil de votre logiciel qui vérifie les erreurs courantes dans votre schéma. Il peut trouver des éléments tels que des broches non connectées ou deux sorties connectées ensemble. Vous devez corriger toutes les erreurs détectées par l'ERC avant de passer à l'étape suivante.

Deuxième étape : disposition du circuit imprimé

Vous allez maintenant décider de la disposition physique des composants sur la carte. Le schéma montre ce qui est connecté. La disposition montre comment ils sont physiquement connectés.

Tout d'abord, vous importez votre conception de l'éditeur de schémas vers l'éditeur de circuits imprimés. Vous verrez alors toutes les empreintes des composants. Vous verrez également de fines lignes reliant les broches. Ces lignes sont appelées "ratsnest". Le ratsnest vous indique les broches qui doivent être connectées à l'aide de pistes en cuivre.

Ensuite, vous définissez le contour du tableau. Vous dessinez la forme et la taille exactes de votre tableau physique. Elles doivent correspondre au plan que vous avez établi précédemment.

L'étape suivante est la mise en place des composants. Il s'agit d'une étape très importante et créative. Un bon placement facilite grandement le reste de la conception. Vous devez donc prendre votre temps. Placez d'abord les gros composants. Il s'agit des connecteurs, des trous de montage et des puces de grande taille, car leur position est souvent fixe. Ensuite, vous devez placer les composants apparentés à proximité les uns des autres. Par exemple, un microcontrôleur et son oscillateur à cristal doivent être très proches. Les connexions entre eux sont donc courtes. Des connexions courtes sont bénéfiques pour la qualité du signal. Vous devez également penser à la chaleur. Certains composants chauffent. Vous devez placer ces composants dans un endroit où ils peuvent bénéficier d'une bonne circulation d'air. Vous pouvez également ajouter un dissipateur thermique. Si votre circuit comporte à la fois des composants numériques et analogiques, vous devez les placer dans des zones distinctes de la carte. En effet, les signaux numériques à commutation rapide peuvent créer du bruit qui interfère avec les signaux analogiques sensibles.

Troisième étape : Routage

Le routage est le processus qui consiste à transformer les lignes du ratsnest en pistes de cuivre physiques. Vous dessinez les fils sur la carte.

Vous devez d'abord acheminer les circuits d'alimentation et de masse. Les traces d'alimentation et de masse doivent souvent transporter plus de courant que les traces de signal. Elles doivent donc être plus larges. Une trace plus large a moins de résistance. Cela réduit la chute de tension. Pour la connexion à la terre, il est souvent préférable de créer un plan de masse. Il s'agit d'une grande surface de cuivre qui couvre la majeure partie de la carte et qui est reliée à la terre. Un plan de masse fournit un bon chemin à faible impédance pour les courants de retour. Il contribue également à réduire le bruit.

Ensuite, vous devez acheminer les signaux critiques. Il s'agit de signaux tels que les lignes de données à grande vitesse, les signaux d'horloge ou les signaux analogiques sensibles. Ces tracés doivent être aussi courts et directs que possible. Évitez les courbes à 90 degrés. Utilisez plutôt des courbes à 45 degrés. Les courbes prononcées peuvent entraîner des problèmes de réflexion du signal à des fréquences élevées.

Après les signaux critiques, vous pouvez acheminer le reste des signaux. La largeur d'une trace est importante. Elle détermine la quantité de courant qu'elle peut transporter en toute sécurité. Vous pouvez utiliser un calculateur de largeur de trace en ligne pour trouver la largeur adaptée à vos besoins. Vous entrez le courant, l'augmentation de température autorisée et l'épaisseur du cuivre. Le calculateur vous indique alors la largeur minimale requise pour le tracé.

Il arrive que vous ne puissiez pas relier deux points situés sur la même couche de la planche. Un obstacle peut se trouver sur le chemin. Vous pouvez utiliser un via pour résoudre ce problème. Un via est un petit trou plaqué qui relie une trace sur une couche à une trace sur une autre couche. Vous pouvez donc faire passer la trace sous l'obstacle sur une autre couche. Vous pouvez donc faire passer la trace sous l'obstacle sur une autre couche, puis utiliser un autre via pour revenir à la couche d'origine.

Quatrième étape : Coulée du cuivre et contrôles finaux

Une fois que vous avez acheminé toutes les traces, vous pouvez ajouter une coulée de cuivre. Une coulée de cuivre remplit les zones vides de la carte avec du cuivre. Vous reliez généralement cette coulée de cuivre à votre réseau de terre. Vous créez ainsi un grand plan de masse. Il améliore les performances électriques de votre carte et peut contribuer à la dissipation de la chaleur.

Avant de terminer, vous devez effectuer un dernier contrôle. Lancez la vérification des règles de conception, ou DRC. Le DRC est un outil qui vérifie votre mise en page par rapport à un ensemble de règles fournies par votre fabricant de circuits imprimés. Il vérifie des éléments tels que des traces trop proches les unes des autres ou des traces trop proches des pastilles. Vous devez corriger toutes les erreurs du DRC. Si vous ne le faites pas, votre carte risque de ne pas pouvoir être fabriquée. Ou elle risque de ne pas fonctionner correctement. Vous devez également examiner l'ensemble de la carte vous-même. Vérifiez à nouveau les empreintes des composants. Assurez-vous qu'elles sont de la bonne taille. Vérifiez l'emplacement des connecteurs. Assurez-vous qu'ils sont orientés dans le bon sens. Un examen final minutieux peut vous éviter bien des problèmes.

Choisir la bonne méthode de production pour votre circuit imprimé

Vous avez terminé votre conception. Vous devez maintenant transformer ce fichier de conception en une carte physique. Pour ce faire, plusieurs options s'offrent à vous.

L'une des options est le protoboard, également appelé perfboard ou veroboard. Une protoboard est une simple carte avec une grille de trous. Les trous peuvent ou non être reliés par des bandes de cuivre. Vous placez vos composants dans les trous. Et vous soudez des fils à leurs conducteurs au dos de la carte pour réaliser les connexions. Cette méthode convient aux circuits simples et uniques. Elle est plus rapide et moins coûteuse que la commande d'un circuit imprimé personnalisé. Mais le câblage est toujours effectué à la main. Il est donc toujours possible de faire des erreurs. Et l'aspect n'est pas aussi professionnel que celui d'un circuit imprimé personnalisé.

Une autre option consiste à fabriquer vous-même le circuit imprimé. C'est ce qu'on appelle le Fabrication de circuits imprimés (DIY). Une méthode courante est le transfert de toner. Vous imprimez la disposition de votre carte sur un papier spécial à l'aide d'une imprimante laser. Vous utilisez ensuite un fer à repasser chaud pour transférer le toner du papier sur une carte recouverte de cuivre. Le toner agit comme un masque. Vous utilisez ensuite un agent de gravure chimique, comme le chlorure ferrique, pour éliminer le cuivre non recouvert. Il reste alors les traces de cuivre souhaitées. Cette méthode est gratifiante. Elle vous permet d'obtenir une carte très rapidement. Mais elle peut être salissante. Les produits chimiques sont dangereux. La qualité peut ne pas être aussi bonne que celle d'une carte professionnelle, en particulier pour les traces très fines.

L'option la plus répandue aujourd'hui consiste à utiliser un fabricant professionnel de circuits imprimés. Il existe de nombreuses entreprises en ligne qui proposent des services de fabrication de circuits imprimés abordables et de haute qualité. Il vous suffit de télécharger vos fichiers de conception, qui sont généralement dans un format appelé fichiers Gerber. Vous choisissez ensuite les spécifications de votre carte, comme le matériau, la couleur et l'épaisseur. Enfin, vous réglez la commande. L'entreprise fabriquera vos cartes et vous les expédiera. Cette option vous offre la meilleure qualité et un résultat très professionnel. Vous pouvez bénéficier de caractéristiques telles que des couches multiples, un masque de soudure et une sérigraphie. Le coût des circuits imprimés personnalisés est devenu très bas ces dernières années. C'est donc souvent le meilleur choix, même pour les projets de loisir.

Souder des composants sur votre nouveau circuit imprimé

Vos cartes fabriquées sont arrivées. Il est maintenant temps d'y placer les composants. C'est la dernière étape de l'assemblage.

Tout d'abord, vous devez rassembler tous vos outils et des composants. Vous aurez besoin d'un bon fer à souder avec une panne propre. Vous aurez besoin de soudure. Et vous aurez besoin de flux. Le flux est un produit chimique qui permet à la soudure de s'écouler facilement et d'établir une bonne connexion. Vous aurez également besoin d'outils tels qu'une pince coupante, une pince à épiler et peut-être une loupe. Assurez-vous d'avoir tous les bons composants à portée de main, correspondant à ceux que vous avez spécifiés dans votre conception.

Vous devez d'abord souder les plus petits composants. Cela signifie généralement que vous devez commencer par les pièces les plus plates, comme les résistances et les petites puces montées en surface. Ensuite, vous passez aux composants plus hauts, comme les condensateurs et les connecteurs. Si vous soudez d'abord les composants les plus hauts, ils risquent de vous gêner et de rendre difficile la soudure des composants plus petits qui les entourent. Vous devez donc travailler de l'intérieur de la carte vers l'extérieur, et des composants les plus courts aux plus hauts.

La base technique de soudage est simple. Vous devez d'abord chauffer la connexion, et non la soudure. Utilisez le fer à souder pour chauffer simultanément le fil du composant et la pastille du circuit imprimé pendant quelques secondes. Ensuite, touchez la soudure sur la connexion chauffée. La soudure doit fondre et couler doucement autour du fil et de la pastille, formant un joint brillant en forme de volcan. Retirez ensuite la soudure, puis le fer. Un bon joint de soudure est brillant et solide. Un mauvais joint peut être terne, grumeleux ou fissuré.

Après avoir soudé tous les composants, vous devez inspecter soigneusement votre travail. Recherchez les mauvaises soudures. Recherchez les ponts de soudure. Un pont de soudure est une petite tache de soudure qui relie accidentellement deux broches ou pastilles adjacentes. Cela peut provoquer un court-circuit. Si vous constatez des problèmes, vous devez les résoudre. Vous pouvez utiliser une tresse de dessoudage ou une ventouse pour enlever l'excédent de soudure.

Enfin, après avoir tout vérifié, il est temps de tester votre carte. Branchez-la pour la première fois. Il est conseillé d'utiliser une alimentation à courant limité pour la première mise sous tension. Cela permet d'éviter tout dommage en cas de court-circuit. Vérifiez les tensions aux points clés de votre circuit. Ensuite, testez toutes les fonctionnalités de votre circuit pour vous assurer que tout fonctionne comme vous l'avez conçu. C'est le moment de vérité. Il est très satisfaisant de constater que votre conception fonctionne parfaitement.