Introduction à la conception d’un circuit imprimé
La conception d’un circuit imprimé (PrintedPrinted CircuitCircuit BoardBoard - PCB) commence par la réalisation d'un schéma électronique, où sont définis les composants et leurs connexions.
À l'IUT de Haguenau, leLe développement des cartes électroniques est généralement réalisé à l'aide d'une suite logicielle de conception électronique (Electronic Design Automation - EDA). A l'IUT de Haguenau nous avon utilisé
Il se réalisait depuis plusieurs années avec le logiciel de conception Altium Designer, etmais se fait désormais avec KiCad depuis la rentrée 2024.
Le schéma est une représentation graphique du circuit électronique. Il est constitué de symboles normalisés, représentant chaque composant du circuit (résistances, condensateurs, transistors, diodes, etc.), et de fils de connexion reliant les broches des symboles. Chaque composant y est identifié par une référence unique (par exemple, R1 pour une résistance ou U1 pour un circuit intégré), accompagnée éventuellement de ses valeurs ou spécifications (telles que la résistance en ohms ou la capacité en farads) comme illustré sur la figure ci-dessous.
Ce schéma est essentiel lors de la conception d’un circuit imprimé, car il décrit les interconnexions à reproduire sur le PCB pour garantir le fonctionnement attendu. Dans une suite logiciel de conception PCB, le schéma électronique joue un rôle central en tant que première étape du processus de création dont voici ses principales fonctions :
- Définir le circuit et ses connexions :
- Le schéma électronique décrit les composants du circuit et la manière dont ils sont connectés.
- Il sert de base pour organiser et comprendre le fonctionnement global avant de passer à l’étape physique du PCB.
- Faciliter la simulation et la validation :
- Grâce à des outils de conception assistée par ordinateur (CAO), le schéma permet de simuler le comportement du circuit, de détecter des erreurs ou des incompatibilités, et de vérifier sa fonctionnalité avant toute fabrication.
- Générer une Netlist :
- Le schéma produit un fichier appelé Netlist, qui répertorie toutes les connexions électriques entre les broches des composants.
- Ce fichier est utilisé pour guider la conception du PCB en garantissant que toutes les connexions spécifiées dans le schéma sont respectées.
- Simplifier le placement des composants :
- Chaque composant présent dans le schéma est associé à une empreinte physique sur le PCB.
- Cela facilite leur placement correct sur la carte en respectant le design logique du circuit.
- Assurer la cohérence et le contrôle des erreurs :
- Le schéma est utilisé pour vérifier automatiquement que le routage des pistes sur le PCB correspond aux connexions définies.
- Des outils de vérification (Design Rule Check, DRC) comparent le schéma au PCB pour s’assurer qu’aucune connexion n’a été oubliée ou mal réalisée.
Ce schéma est ensuite traduit en un plan de PCB à l’aide de logiciels spécialiséss, tels que KiCad ou Altium, qui permettent de placer les empreintes des composants et de tracer les pistes.
La carte de circuit imprimé est la réalisation physique du schéma, avec des empreintes physiques de composants positionnées sur la carte et des pistes en cuivre pour établir les connexions décrites dans le schéma. Les empreintes sont un ensemble de pastilles ou plots (pastilles non perforées pour les composants montés en surface) de cuivre qui correspondent aux broches d'un composant physique.
Un circuit imprimé se compose généralement d’une ou plusieurs couches de cuivre, séparées par un matériau isolant, le tout fixé sur un substrat rigide ou flexible. Ces couches de cuivre sont gravées pour former des pistes qui assurent les connexions électriques entre les différents empreintes de composants comme illustré sur la figure ci-dessous.
Les composants eux-mêmes sont fixés au PCB via des pastilles de soudure, soit en traversant la carte (Through-Hole Technology), soit en surface (Surface-Mounted Device ou CMS).
Concrètement, un circuit imprimé est un support, souvent sous forme de plaque, qui permet de maintenir et de relier électriquement plusieurs composants électroniques, afin de former un circuit électronique complexe. Il est constitué d'un assemblage d'une ou plusieurs fines couches de cuivre, séparées par un matériau isolant le tout fixé sur un substrat rigide ou flexible. Ces couches de cuivre sont gravées pour former des pistes qui assurent les connexions électriques entre les différents composants. Les composants eux-mêmes sont fixés au PCB via des pastilles de soudure, soit en traversant la carte (Through-Hole Technology), soit en surface (Surface-Mounted Device ou CMS).
Les couches de cuivre sous gravées pour créer des pistes se terminant par des pastilles. Ces pastilles, lorsqu'elles sont perforées permettent de connecter électriquement les composants traversants soudés à travers le circuit imprimé ou de relier les différentes couches de cuivre. Dans certains cas, des pastilles non perforées servent à souder des composants montés en surface (CMS ou SMD - Surface Mounted Device).
Une fois conçu, le circuit imprimé est fabriqué par gravure, impression ou des procédés plus avancés comme la photolithographie. Le composant sera alors soudé sur son empreinte correspondante sur le circuit imprimé.