Réalisation d'un prototypeE.E. Circuit électronique

Sommaire

Problématique... 2

Réalisation d'un prototype de circuit électrique/électronique...2

Circuit imprimé... 2

Le typon... 2

Mise en œuvre du logiciel Protéus... 3

Application... 3

Schéma " ISIS "... 3

Packages composants... 3

Ajout d'un package... 3

Création d'un package... 3

Transfert d'un schéma de " ISIS " vers " ARES "...3

Lancement de " ARES "... 3

Création du contour de carte... 4

Import des composants... 4

Routage... 4

Règles de routage... 4

Lancement du routage... 6

Visualisation 3D du circuit... 6

Impression du typon... 7

Réalisation du circuit imprimé... 7

Les étapes de la réalisation... 7

Montage et soudure des composants... 9

Annexe A - Création de package... 10

Dessin du package... 10

Création du modèle 3D... 12

Conversion des données... 12

Préparation du modèle avec Blender... 12

Quelques commandes :... 12

Orientation du modèle... 13

Positionnement du modèle... 13

Mise en couleur... 13

Export du modèle... 14

Import dans « ARES »... 15

Propriétés du package... 15

Configuration du rendu graphique... 15

Problématique

Réaliser un support mécanique des composants électriques/électroniques en assurant leurs connexions électriques.

Réalisation d'un prototype de circuit électrique/électronique

La plupart des logiciels permettant de réaliser un schéma électrique possèdent la possibilité de réaliser le dessin du typon servant à la réalisation d'un circuit imprimé.

Circuit imprimé

Le circuit imprimé constitue le support mécanique (plaque époxy) et la liaison électrique (couche de cuivre) des composants. Vu côté cuivre avant perçage.

Le typon

Le typon est l'image des pistes en cuivre permettant de graver un circuit imprimé par un procédé chimique. Vu côté composants.

Mise en œuvre du logiciel Protéus

L'utilisation de la partie schéma/simulation " ISIS " est considérée comme acquise.

Application

Nous réalisons la partie régulation d'une alimentation 5V (quelques composants).

Schéma " ISIS "

Le schéma comprend deux borniers permettant de raccorder des fils pour relier électriquement notre circuit à son environnement. Le bornier B1 recevra par exemple une source de type pile et le bornier B2 se raccordera à un autre circuit imprimé.

Packages composants

Dans un soucis de schématisation et de simulation, seul l'aspect composant électrique nous intéressait. Afin de réaliser physiquement le circuit imprimé, il faut prendre en compte l'aspect mécanique des composants (leur empreinte sur le circuit) ainsi que leur fixation (patte à souder) afin de réaliser un plan de perçage précis. Il est indispensable d'affecter un package compatible avec chaque composant.

Ajout d'un package

Pour affecter un package à un composant faire clic droit → Exécuter l'outil de packaging

puis ajouter → Sélectionner un package compatible Création d'un package

Pour créer un package, il faut utiliser les outils de dessin, tracer l'implantation (pastilles et boitier) et le déclarer comme package. (voir annexe A)

Transfert d'un schéma de " ISIS " vers " ARES "

Le logiciel permettant de tracer le typon du circuit est " ARES ".

Le transfert des données se fait à partir de " ISIS ".

Lancement de " ARES "

Icône rouge " ARES " lance le module correspondant.

" ARES " s'ouvre avec la liste complète des composants possédant un package. Sinon renseigner lorsque c'est demandé.

Création du contour de carte

Sélectionner la forme géométrique rectangle pour tracer le bord de carte dans la couche correspondante " Bord Edge " (en bas à gauche). Le rectangle doit apparaître dans la couleur de la couche (jaune).

Possibilité de passer en coordonnées métriques en utilisant " m ".

Cette forme pourra être redimensionnée ultérieurement.

Tracer.

Un contour de carte au format " .dxf " peut provenir d'un autre logiciel (SolidWorks) et être importé.

Import des composants Outils → Placement automatique

Cocher tous les composants à importer → OK Avant et après arrangement manuel à droite.

Routage

Le routage consiste à établir les pistes en cuivres entre les pastilles (anneaux où seront soudés les composants).

Règles de routage

Il faut établir des règles de routage : Nombre de faces de cuivre 1 ou 2 → 1

Isolement des pistes distance minimale entre deux pistes différentes → 10th (1th=10^-3inch, 1inch=25,4mm) soit 0,25mm

Classe de lien Power (largeur des pistes) → T50 (50th) soit 1,27mm Classe de lien Signal (largeur des pistes) → T40 (40th) soit 1,27mm

NOTA : Les largeurs de piste couramment admises pour une quantité de courant sont :

Circuit après arrangement manuel

largeur de piste (mm) courant (A)

0,254 0,3

0,381 0,4

0,508 0,7

0,635 1

1,27 2

2,54 4

3,81 6

Accès aux règles de routage :

Dans l'onglet règles : Réglons l'isolement à 10th au minimum.

Dans l'onglet classe de lien :

Choisir signal pour définir la classe signal (piste courant faible) : Largeur de piste T40 pour 40th

Router sur la face " Bottom Copper " la paire 1 (circuit 1 seule face).

1 2

4 3

Choisir Power pour définir la classe power (piste courant fort :

Largeur de piste T50 pour 50th (voir tableau précédent)

Router sur la face " Bottom Copper " la paire 1 (circuit 1 seule face).

Lancement du routage

Ajuster la position des composants pour permettre un routage complet si besoin.

Visualisation 3D du circuit

Sortie → Visualisation 3D

5

7 6

Circuit vu côté composant

Vue 3D générique

Vue 3D avec composants 3D

Procédés de fabrication par gravure chimique.

Impression du typon (Si gravure chimique seulement)

Sortie → Imprimer

Cocher Bottom Copper et Bord Edge Imprimer sur une feuille de papier calque

Réalisation du circuit imprimé

Les étapes de la réalisation

Désignation Croquis

Constitution

Support mécanique

Époxy (thermodurcissable + fibre) Couche cuivre

Vernis photo-sensible

Film protecteur opaque

Typon vu côté composants

Circuit imprimé terminé

Désignation Croquis

• Retirer le film plastique protecteur

• Placer dans l'insoleuse sous le typon encre côté circuit

• Faire le vide d'air pour plaquer le typon sur le vernis

• Insoler 1min 30

2 - Révéler

• Tremper en agitant jusqu'à l'apparition des pistes

• Rincer à l'eau pour stopper la réaction.

(très rapide)

3 - Gravure

• Tremper dans le bain de

perchlorure de fer jusqu'à disparition de tout cuivre inutile.

• Rincer à l'eau (Blouse, gants et lunettes obligatoires)

4 Nettoyage des pistes

• Retirer le vernis sur les pistes à l'alcool

Encre opaque du typon

Typon transparent

Source lumineuse UV

Vernis Bain de révélateur

Piste cuivre Bain de perchlorure de fer

Piste cuivre

Désignation Croquis

• Contrôler la qualité du circuit.

Vérifier la continuité des pistes de même potentiel.

Vérifier l'isolement des pistes qui doivent l'être.

Contrôle visuel ou avec un multimètre 6 - Perçage

• Réaliser les perçages

Respecter les diamètres de perçages.

Réalisation du circuit imprimé par gravure mécanique (fraisage)

Procédé dit de gravure à l’anglaise :

Le procédé consiste à graver les pistes en isolant celles-ci par une découpe de la pellicule de cuivre suivant le contour de la piste.

Préparation des fichiers de « PROTEUS »

Montage et soudure des composants

• Placer les composant les plus petits (bas) en premier.

• Souder à l'étain.

Circuit gravé - en vert le sillon ou le cuivre est retiré, en orange le

cuivre restant, en couleurs des pistes isolées

NOTA : ne pas faire fondre l'étain sur le fer mais sur le cuivre des pistes chauffée avec le fer.

• Contrôler visuellement.

• Vérifier au multimètre le bon fonctionnement.

Annexe A - Création de package

Dessin du package

Pour créer un package il faut ouvrir le logiciel ARES.

Prenons comme exemple un bornier à vis ref : MPT 0.5/ 2-2.54 du fabricant : Phoenix Contact Visuel 3D accessible sur le site « Radiospares » ref : 220-4260

Suivant le dessin et le plan de perçage du dossier technique du bornier on trace l'empreinte du composant.

Les cotes données étant en mm il est préférable de choisir M pour métrique comme unités dans ARES.

En utilisant l'outil rectangle (vérifier la couche « TopSilk »)

Tracer la forme rectangulaire de l'empreinte du composant (6,2x5,4mm) en partant de l'origine et en surveillant les coordonnées apparaissant en bas de la page à droite.

Poser deux pastilles rondes C-80-30

La première au point (1,5;3,1) et la seconde au point (4;3,1)

Tracer les trous de diamètre 1,1mm à 0,5mm du bas et en face des pastilles en utilisant l'outil pastille et en les plaçant sur la couche « Drill Hole »

Pour terminer identifier les pastilles (double clic) avec des repères (1 et 2).

Faire une sélection de l'ensemble puis dans le menu Bibliothèques → Créer package

Renseigner le nom du package, le type du package et la description.

Création du modèle 3D

Modéliser le composant sous un logiciel de CAO ou récupérer le modèle chez le fabricant .

Conversion des données.

A partir du logiciel de CAO sauvegarder au format ASCII

« STL » (il n'est pas indispensable de faire une mise en couleurs, elles seront perdues).

Enregistrer sous → Type (STL) → Options (cocher ASCII)

Ouvrir le logiciel « Blender » logiciel libre et gratuit http://www.blender.org/.

Importer le fichier « STL ».

Préparation du modèle avec Blender.

Quelques commandes

Combinaison de touche Commande

ctrl alt Q Bascule l'affichage 1 fenêtre - 4 fenêtres

A Sélectionne – dé-sélectionne tout

Clic droit Sélectionne

B Fenêtre de sélection

Pavé numérique Oriente la vue

Tous les boutons qui contrôlent les « widgets » se trouvent en bas de la fenêtre 3D, à droite de la sélection du point de pivot.

Le bouton représentant les trois axes est enfoncé( ), ce qui signifie que l'outil « widgets » est activé.

Lorsque la flèche est enfoncée( ), vous êtes en « mode déplacement ».

Pour sélectionner le « mode rotation », cliquez sur l'arc de cercle( ).

Translations Rotations

Orientation du modèle

Sélectionner le modèle (clic droit sur celui-ci)

Mode rotation choisi, faire tourner à la souris suivant les arcs rouges, verts et blancs.

Placer le modèle verticalement sur la grille.

Positionnement du modèle

Mode translation choisi, déplacer le modèle pour le centrer sur l'origine de la grille en x et en y.

Positionner en z en considérant l'origine (grille) comme la face du circuit imprimé.

Enregistrer.

Mise en couleur

Nous allons procéder en deux temps :

En « mode objet » sélectionner le modèle (clic droit).

Dans l'onglet matériau choisir nouveau pour ouvrir les outils de colorisation.

Nommer le nouveau matériaux en « Vert » qui est la couleur dominante de notre modèle.

En cliquant dans « Diffuse » sélectionner du vert.

Le modèle devient vert.

Utiliser le bouton + pour ajouter un nouveau matériau « Gris »

Maintenant colorisons les détails : En « mode Edit ».

Sélection par face.

Sélectionner les faces à griser (combinaison avec A, B et Shift pour sélectionner plusieurs faces).

Utiliser le bouton assigner pour appliquer la couleur sélectionnée.

Sélectionner les pattes à souder et les vis pour les coloriser en gris.

Export du modèle

Noter le nom du volume constituant le modèle (ici Bornier1) important pour utilisation dans « ARES ».

Nota le modèle doit être constitué d'un seul volume.

Sauvegarder au format « Blender » (.blend) au cas où ! Exporter (menu Fichier → Exporter → 3DStudio ,3DS)

nommer le fichier ex(bornier1.3ds) dans le repertoire LIBRARY de « Proteus ».

Import dans « ARES »

Clic droit sur l'empreinte du package → Visualisation 3D Configuration du rendu graphique

Dans la fenêtre de gauche entrer les éléments suivants : TYPE=MODEL (élément modélisé à

l'extérieur de ARES)

NAME=bornier1 (bornier1 est le nom du volume lu dans Blender)

FILE=bornier1.3ds (bornier1.3ds est le nom du fichier se trouvant dans le rep.

LIBRARY, il peut être différent de NAME) SCALE=0.1 (Échelle fonction des unités du modèle)

ANGLE=90 (orientation du modèle dans le plan x,y)

X=1.25 et y=-0.1 (décalage du modèle)